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3 mm
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18 mm
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de 10 bars
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12 bars
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9 bars
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20 L
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Gene Or Protein
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DANS
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Etre
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Est-a
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Dus
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Vante
(1)
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Molecule
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DES
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CF
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Polymer
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Rayon
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Generic
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metal
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2512937A1
Family ID 8012031
Probable Assignee Mediterranee Const Navale Indl
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE D'OPTIMISATION DU SCHEMA DE CIRCULATION D'UN
RECEPTEUR SOLAIRE A FLUIDE CALOPORTEUR MONOPHASIQUE
EN Title TUBE LAYOUT FOR SOLAR COLLECTOR - HAS VARYING THICKNESS TUBES
IN GROUPS RECOVERING EQUAL QUANTITIES OF ENERGY
Abstract
_________________________________________________________________
PROCEDE EN VUE D'UNE OPTIMISATION DU SCHEMA DE CIRCULATION D'UN
RECEPTEUR SOLAIRE A FLUIDE CALOPORTEUR MONOPHASIQUE COMPORTANT UNE
CAVITE TAPISSEE DE TUBES JOINTIFS REGROUPES EN BANDEAUX, CARACTERISE
EN CE QU'IL CONSISTE A CHOISIR L'EPAISSEUR E DES TUBES DE FACON A
SATISFAIRE L'EQUATION SUIVANTE:
(CF DESSIN DANS BOPI)
This method determines the optimum arrangement of tube bundles which
are used to line the walls of a solar collector which is receiving
reflected solar radiation. A factor, determined by the product of the
coefficient of convection of the fluid and the thickness of the tube
divided by the coefficient of conduction of the tube material, is used
to determine the thickness of the tube. This must lie between 1/20 and
1/10 of the outside diameter of the tube. A second factor is the ratio
of the life of the solar collector to the pressure loss. If the solar
radiation is uniform, the tube bundles will have the same width. If
the radiation varies the tube bundles will vary accordingly. The
collector is divided into two parallel sections with the tube bundles
increasing in width in each.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention est relative a un recepteur solaire a fluide
caloporteur monophasique, chauffe par les rayons solaires reflechis
par un champ d'heliostats. Un tel recepteur est constitue d'une cavite
presentant une surface cylindrique ou prismatique ayant une face avant
ouverte placee dans le champ d'heliostats, et des parois laterales et
posterieure tapissees de tubes jointifs dans lesquels circule le
fluide caloporteur. Ces tubes peuvent etre disposes dans un plan
vertical ou horizontal, ou dans un plan defini par un rayon reflechi
et une droite horizontale normale a celui-ci. Ils sont regroupes par
bandeaux, les bandeaux etant eux-memes disposes en elements serie et
parallele.
La presente invention se propose d'apporter un procede permettant
d'optimiser le schema de circulation d'un tel recepteur a fluide
caloporteur monophasique, tout en respectant les pertes de charges
imposees et une tolerance vis-a-vis des ecarts de flux.
On sait que la duree de vie d'un tel recepteur solaire est fonction de
la vitesse du fluide dans les tubes, et qu'elle est donc liee aux
pertes de charge dans le circuit. Le probleme a resoudre consiste donc
a determiner, pour une perte de charge donnee, le meilleur schema de
circulation, c'est-a-dire celui qui donne la plus grande duree de vie
possible, ainsi que la plus grande adaptabilite du systeme aux
variations de flux par rapport au cahier des charges impose.
On sait, par ailleurs, que la duree de vie d'un recepteur solaire est
caracterisee par le temps de maintien a une temperature donnee (zone
de fluage) des tubes qui le tapissent, et par les cycles de contrainte
thermique.
En outre, il est evident que le flux solaire reflechi est par nature
aleatoire, en raison, notamment, des passages nuageux, des incidents
sur le champ d'heliostats, etc. La presente invention a pour but
d'affranchir l'utilisateur du caractere aleatoire du flux reflechi,
lors de la determination du recepteur.
Pour parvenir a ce resultat, la demanderesse definit un cycle
enveloppe qui est le cycle diurne, et elle adopte des dispositions
constructives pour que les cycles elementaires dds aux phenomenes
transitoires soient masques par ou inclus dans le cycle enveloppe.
Il est connu que la relation appelee nombre de BIOT est representative
du rapport entre l'echange convectif le long du tube et l'echange
conductif au travers du tube. Si h = coefficient de convection du
fluide en W/m. 0 C, e = epaisseur du tube en m, cofficient de
conduction du metal en W/m. O C, on doit satisfaire a la relation: he
(0, 5
La demanderesse a decouvert que, pour satisfaire cette relation, il
fallait choisir l'epaisseur des tubes des bandeaux du recepteur
solaire dans les limites suivantes
Dext b e = Dext (1)
20 10
Dext etant le diametre exterieur du tube.
A titre d'exemple non limitatif, on peut choisir des tubes presentant
une epaisseur e = 1, 3 mm, et un diametre exterieur Dext = 18 mm.
Grace a cette determination, les dommages resultant des transitoires
sont inferieurs aux dommages dus aux etats de contrainte en regime
stationnaire. De cette facon, seul le cycle enveloppe diurne sera pris
en consideration dans la suite des calculs.
Pour optimiser le schema de circulation, le calcul montre qu'il faut
concilier les points suivants a) duree de vie du recepteur de l'ordre
de 20. 000 A 100.000 heures b) pertes de charges minimales, telles que
stipulees au cahier des charges c) tolerance du systeme vis-a-vis de
deformations de la carte de flux.
Pour ce faire, on recherche la meilleure valeur du rapport
Duree de vie (en milliers d'heures)
Pertes de charge du recepteur (en bars) par exemple: 'v = 20 A 100
5 a 20 soit: 1 / t 20
La demanderesse a cependant constate que la tolerance du systeme
vis-a-vis de deformations de la carte de flux conduisait a choisir des
vitesses de fluide elevees, donc des pertes de charge plus importantes
que necessaire, pour respecter la meilleure valeur de
Compte tenu de la relation (l),donnee ci-dessus, entre l'epaisseur des
tubes et leur diametre exterieur, la demanderesse a constate que la
fonction definie ci-dessus etait optimale lorsque les tubes assembles
en bandeaux recoivent la meme quantite d'energie.
A titre d'exemple, lorsque le flux est uniformement reparti, cette
disposition conduit a choisir des bandeaux- de meme taille, et,
lorsque le flux est de type gaussien, quoique deforme, les bandeaux
auront des largeurs differentes. Dans ce dernier cas, etant donne
l'aspect generalement symetrique du flux, le recepteur est divise en
deux elements paralleles.
Les bandeaux elementaires ainsi definis sont ensuite assembles entre
eux en elements serie et parallele, afin d'imposer une vitesse
convenable au fluide caloporteur circulant dans les tubes du
recepteur.
Le nombre de passages serie est fixe lors du calcul de la duree de
vie, et l'on peut le faire evoluer en fonction des pertes de charges
admises et de la securite de l'installation, ou plutot de son
adaptabilite a recevoir un flux non conforme au cahier des charges
Les exemples suivants, qui n'ont aucun caractere limitatif, illustrent
l'invention.
Exemple l -
On a determine, pour une duree de vie de 80. 000 heures et une perte
de charge de 10 bars (= 8), un circuit qui comprend deux branches
paralleles ayant chacune cinq bandeaux en serie.
Si l'on desire augmenter la capacite de l'installation a recevoir un
flux different, on peut prevoir 6 bandeaux (de largeur moindre) en
serie, avec 216 tubes,; la vitesse augmentant dans les tubes, cette
vitesse se trouve augmentee, la duree de vie etant approximativement
constante pour les bandeaux les plus charges (soit 12 bars de perte de
charge). La Fig. 1 du dessin annexe est un croquis illustrant la
repartition des tubes dans chaque bandeau 1 a 6 etl' a ', en serie.
Exemple 2
Pour augmenter encore la capacite de l'installation a recevoir un flux
different, on a prevu 7bandeaux en serie la 7 et 1' a 7', toujours
avec 216 tubes dont la repartition est donnee sur la Fig. 2. Dans ce
cas, on obtient unemeil leure surete de fonctionnement en cas d'ecart
de flux, mais la consommation d'energie est plus importante compte
tenu des pertes de charge plus elevees (13, 9 bars).
I1 ressort de la description qui precede que l'invention apporte un
procede permettant de definir les regles d'etablissement et
d'optimisation d'un schema de circulation d'un recepteur solaire a
fluide monophasique, ces regles etant valables aussi bien pour des
arrangements de bandeaux (compre nuant des tubes en parallele), que
ces tubes soient verticaux, horizontaux ou inclines, sachant que seul
importe le flux incident normal a la paroi.
Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limitee aux
exemples de mise en oeuvre decrits ici, mais qu'elle en englobe toutes
les variantes.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1 - Procede en vue d'une optimisation du schema de circulation d'un
recepteur solaire a fluide caloporteur monophasique comportant une
cavite tapissee de tubes jointifs regroupes en bandeaux, caracterise
en ce qu'il consiste a choisir l'epaisseur e des tubes de facon a
satisfaire l'equation sui vante Dext C e 2 Dext 20 L 10
2 - Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que les tubes
assembles en bandeaux sont disposes de facon a recevoir la meme
quantite d'energie, afin d'obtenir une valeur optimale de la fonction
= = Duree de vie (en milliers d'heures) Pertes de charge du recepteur
(en bars)
3 - Procede selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterise en ce
que les bandeaux de tubes presentent les memes dimensions lorsque le
flux est uniformement reparti.
4 - Procede selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterise en ce
que les bandeaux de tubes ont des largeurs differentes lorsque le flux
est de type gaussien, ou autre.
5 - Procede selon la revendication 4, caracterise en ce que le
recepteur est divise en deux elements paralleles.
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