« Tube sous vide » : différence entre les versions

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Un tube sous vide est un type de tube utilisé dans les capteurs solaires thermiques. Souvent présentée comme avant-gardiste, cette technologie, développée initialement par l'université de Sydney en Australie^[1] à partir de 1975 fut industrialisée initialement au Japon puis son développement s'en trouva fortement amplifié par une externalisation de la production vers la Chine, où ils sont maintenant très répandus.

Technologies

Il existe différents types de tubes sous vide:

Types d’isolation :

Double tube sous vide : ce sont deux tubes de borosilicate (pyrex) soudés aux extrémités (fusion entre 1 400 °C et 1 600 °C, travail vers 800 °C environ^[2]). Fonctionnant sur le système du vase Dewar, le vide ( $\scriptstyle 10^{-5}Pa$ ) est créé entre les deux tubes et un témoin en baryum permet d'en vérifier le maintien. Très généralement l’absorbeur est une couche absorbante déposée sur la face externe du tube intérieur. La chaleur doit donc traverser par conduction le tube intérieur. Cette disposition entraîne que l’efficacité du tube ne dépend pas trop de l’angle d’arrivée des rayons solaires, tant que le tube voisin ne fait pas d’ombre. Le transport de chaleur est à l’intérieur du tube intérieur, donc à pression ambiante.
Tube sous vide : il est constitué d’un simple tube sous vide dans lequel sont fixés l’absorbeur thermique et la conduite du fluide caloporteur ; le coût de fabrication est moindre, la performance est souvent meilleure, grâce à l’absorbeur métallique, mais la durée de vie peut être moins longue que pour la technologie précédente. En effet, il comporte une ou deux traversées verre/métal, contrairement au double tube (risque de perte du vide par la différence de comportement verre/métal, la dilatation thermique entre les matériaux pouvant être de 2 et 5 fois).

Types de transport de chaleur :

Le fluide caloporteur parcourt le tube en aller retour, soit par un tube en U, soit par deux tubes concentriques.
La chaleur est transportée vers le collecteur par caloduc. Il s’agit d’un tube de cuivre entièrement fermé, vide d’air, contenant une petite quantité de liquide (à base d’eau) et en contact, dans le collecteur, avec la conduite du fluide caloporteur.

Fonctionnement du caloduc

À température ambiante la pression dans le caloduc est très faible, le liquide peut donc bouillir à une température relativement basse (typiquement 25 °C). Dans ce cas la vapeur occupe immédiatement tout l’espace du caloduc, et va se condenser dans l’extrémité située dans le collecteur, s’il est à température plus froide. Ce faisant elle cède sa chaleur latente de fusion qui est bien supérieure à celle transmise par la simple conduction du tube de cuivre. Après condensation le liquide redescend par gravité, ce qui nécessite que le tube soit positionné avec une pente minimale.

Si le collecteur est à température trop élevée, la condensation ne se fait pas, la pression de vapeur augmente et la température d’ébullition aussi, jusqu’à atteindre la température du collecteur.

Les tubes à caloducs peuvent être extraits ou changés sans même arrêter le fonctionnement, ce qui simplifie la maintenance.

Les tubes remplacés doivent être traités en unités spécialisées et non jetés en déchèterie (toxicité chez l'humain et éco-toxicité importantes^[3])

Notes et références

Portail des énergies renouvelables

[1] Université des Sciences de Sydney / Tubes sous vide

[2] Les températures de travail du verre

[3] toxicité chez l'humain et éco-toxicité du Baryum

[1]

[2]

[3]

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 [[Image:Capteur_a_tubes_sous_vide_001.JPG|thumb|200px|Capteur solaire thermique à tubes sous vide]]
-Le tube sous vide est utilisé dans les [[Capteur solaire thermique|capteurs solaires thermiques]]. Souvent présentée comme avant-gardiste, cette technologie, développée initialement par l'université de Sydney en Australie <ref>[http://www.physics.usyd.edu.au/app/research/solar/evac-tube.html Université des Sciences de Sydney / Tubes sous vide]</ref> à partir de 1975 fut industrialisée initialement au Japon puis son développement s'en trouva fortement amplifié par une externalisation de la production vers la Chine.
-Les capteurs à tubes sous vide, de par les faibles pertes, permettent des températures élevées de stagnation. Pour les applications de solaire thermique, les tubes sous vide ont été les premiers à atteindre des températures de stagnation supérieures à 250°C. Les tubes sont aussi utilisé dans les centrales thermiques à concentration dans le but de vaporiser l'eau afin de faire tourner un alternateur (T°>650°C). Cette température n'est ordinairement jamais atteinte dans un système correctement dimensionné.
-Attention: Un capteur solaire plan haut de gamme peut produire plus, à superficies hors tout (brute) identiques, qu'un capteur solaire thermique à tubes sous vide entrée de gamme, avec des contraintes d'exploitations inférieures. Il est donc nécessaire de s'assurer des réelles performances des capteurs (mesures SolarKeymark <ref>[http://www.estif.org/solarkeymark/ Organisme SolarKeymark / Tubes sous vide]</ref> en Allemagne par exemple) afin que l'investissement réalisé dans une technologie de pointe soit plus rentable que les technologies traditionnelles. Avec les valeurs certifiés il est ensuite facile pour un bureau d'étude thermique de conseiller sur l'investissement optimum.
+Un '''tube sous vide''' est un type de tube utilisé dans les [[Capteur solaire thermique|capteurs solaires thermiques]]. Souvent présentée comme avant-gardiste, cette technologie, développée initialement par l'université de Sydney en Australie<ref>[http://www.physics.usyd.edu.au/app/research/solar/evac-tube.html Université des Sciences de Sydney / Tubes sous vide]</ref> à partir de 1975 fut industrialisée initialement au Japon puis son développement s'en trouva fortement amplifié par une externalisation de la production vers la Chine, où ils sont maintenant très répandus.
 == Technologies ==
 [[Image:Capteur_a_tubes_sous_vide_002.jpg|thumb|200px|Extrémités de tubes de type "Dewar"]]
-Il existe 2 types de tubes sous vide:
+Il existe différents types de tubes sous vide:
+Types d’isolation :
+* ''Double tube sous vide'' : ce sont deux tubes de [[borosilicate]] ([[pyrex]]) soudés aux extrémités (fusion entre {{tmp|1400|°C}} et {{tmp|1600|°C}}, travail vers {{tmp|800|°C}} environ<ref>[http://www.infovitrail.com/verre/temperature.php Les températures de travail du verre]</ref>). Fonctionnant sur le système du [[vase Dewar]], le vide (<math>\scriptstyle 10^{-5} Pa</math>) est créé entre les deux tubes et un témoin en [[baryum]] permet d'en vérifier le maintien. Très généralement l’absorbeur est une couche absorbante déposée sur la face externe du tube intérieur. La chaleur doit donc traverser par conduction le tube intérieur. Cette disposition entraîne que l’efficacité du tube ne dépend pas trop de l’angle d’arrivée des rayons solaires, tant que le tube voisin ne fait pas d’ombre. Le transport de chaleur est à l’intérieur du tube intérieur, donc à pression ambiante.
+* ''Tube sous vide'' : il est constitué d’un simple tube sous vide dans lequel sont fixés l’absorbeur thermique et la conduite du fluide caloporteur ; le coût de fabrication est moindre, la performance est souvent meilleure, grâce à l’absorbeur métallique, mais la durée de vie peut être moins longue que pour la technologie précédente. En effet, il comporte une ou deux traversées verre/métal, contrairement au double tube (risque de perte du vide par la différence de comportement verre/métal, la [[dilatation thermique]] entre les matériaux pouvant être de 2 et 5 fois).
+Types de transport de chaleur :
+* Le fluide caloporteur parcourt le tube en aller retour, soit par un tube en U, soit par deux tubes concentriques.
+* La chaleur est transportée vers le collecteur par [[caloduc]]. Il s’agit d’un tube de cuivre entièrement fermé, vide d’air, contenant une petite quantité de liquide (à base d’eau) et en contact, dans le collecteur, avec la conduite du fluide caloporteur.
+== Fonctionnement du caloduc ==
+À température ambiante la pression dans le caloduc est très faible, le liquide peut donc bouillir à une température relativement basse (typiquement {{tmp|25|°C}}). Dans ce cas la vapeur occupe immédiatement tout l’espace du caloduc, et va se condenser dans l’extrémité située dans le collecteur, s’il est à température plus froide. Ce faisant elle cède sa [[chaleur latente de fusion]] qui est bien supérieure à celle transmise par la simple conduction du tube de cuivre. Après condensation le liquide redescend par gravité, ce qui nécessite que le tube soit positionné avec une pente minimale.
+Si le collecteur est à température trop élevée, la condensation ne se fait pas, la pression de vapeur augmente et la température d’ébullition aussi, jusqu’à atteindre la température du collecteur.
-* ''Double tubes sous vide'': ce sont 2 tubes de [[borosilicate]] ([[pyrex]]) soudés  aux extrémités (fusion entre 1400°C et 1600°C, travail vers 800°C environ <ref>[http://www.infovitrail.com/verre/temperature.php Les températures de travail du verre]</ref>). Fonctionnant sur le système du [[Vase de Dewar]]: un vide partiel (1.E10-5 PA) est créé entre les 2 tubes et un témoin en [[baryum]] permet d'en vérifier son maintien.
+Les tubes à caloducs peuvent être extraits ou changés sans même arrêter le fonctionnement, ce qui simplifie la maintenance.
-* ''Tubes sous vide'': il est constitué d’un simple tube sous vide dans lequel est fixé un absorbeur thermique plat; le coût de fabrication est moindre mais la durée de vie est moins longue que pour la technologie précédente (perte du vide par la différence de comportement verre/métal), la [[dilatation thermique]] entre les matériaux pouvant être de 2 et 5 fois.
+Les tubes remplacés doivent être traités en unités spécialisées et non jetés en déchèterie (toxicité chez l'humain et éco-toxicité importantes<ref>[[Baryum#cite ref-autogenerated1 6-0|toxicité chez l'humain et éco-toxicité du Baryum]]</ref>)
-La porosité relative du verre ne permettant pas de garantir la conservation du faible niveau des pertes thermiques (la durée de vie des tubes est donnée de 5 à 15 ans par les fabricants), ils devront donc être changés régulièrement durant la vie du champ solaire installé.
 == Notes et références ==
 <references />
-{{Portail|énergie|Écologie}}
+{{Portail|énergie renouvelable}}
-[[Catégorie:Énergie solaire]]
+[[Catégorie:Énergie solaire thermique]]