Renforcement des protections thermiques – 2012/2013

Réalisation : CNRS/PROMES
Partenaires : EDF R&D, ADEME

Lors des essais effectués en fin d'année 2012 peu après la mise en service du foyer Mini-Pegase, les systèmes de guidage de la porte du récepteur et de la barre mobile de mesure de flux ont subi des échauffements excessifs conduisant à la rupture des courroies de transmission des mouvements. Par ailleurs les lèvres intérieures de l'ouverture focale ont subi un échauffement excessif conduisant à des déformations sévères. Pour ces raisons, il a été décidé de renforcer la protection thermique de la zone focale, à l'extérieur et à l'intérieur.

Protections passives intérieures
A l'intérieur, des plaques de matériau isolant ont été placées sur les parties métalliques chauffées par conduction ou rayonnement (bardage et poutrelles d'acier), de manière à abaisser leur température de surface et ainsi diminuer les déperditions radiatives vers les surfaces fragiles et difficiles à protéger comme les rails de guidage et les courroies de transmission de la porte du récepteur et de la barre mobile de mesure de flux.
A l'extérieur sur le pourtour de l'ouverture du foyer, la protection thermique est renforcée par un écran radiatif : une tôle d'acier recouvre la tôle du bardage de la tour et constitue ainsi une première paroi qui reçoit le flux solaire concentré qui déborde de l'ouverture du foyer.
Protections thermiques actives : écrans réfrigérés et système à boucle fluide fermée
La puissance solaire qui pénètre par l'ouverture du foyer Mini-Pegase varie selon l'ensoleillement et le nombre et la position des héliostats en service. En pratique, cette puissance demeure inférieure à 500 kWth, valeur largement suffisante pour couvrir les besoins des expériences programmées.
Dans la plupart des cas, les expériences portent sur des composants de dimension plus faible que l'ouverture (module d'absorbeur solaire par exemple). Nous avons conçu et réalisé des écrans destinés à recevoir la fraction non utilisée du rayonnement solaire incident et évacuer la puissance inutile dans un circuit d'eau. Chaque écran est composés de lames de profilé aluminium creuses, assemblées par soudures. Une fenêtre taillée aux dimensions et à la forme des composants testés laisse passer la puissance solaire utile.
Un exemple de concept de panneau est indiqué sur le schéma de la figure 1 ci-dessous.

Fig.1 : Exemple de panneau réfrigéré. Panneau occupant toute la surface de l’ouverture du foyer Mini-Pegase pour essais en l’absence de composants récepteurs solaire (le panneau réfrigéré joue le rôle de récepteur solaire)


Les panneaux sont refroidis par circulation d'un mélange d'eau additionnée d'antigel (glycol dosé à 30%) à l'intérieur des lames, le fluide ainsi chauffé est ensuite refroidi dans un radiateur à air muni de ventilateurs. La chaleur est évacuée vers l'extérieur de la tour par une fenêtre ménagée à cet effet. Ce dispositif réfrigérant à boucle fluide fermée et aéroréfrigérant est installé à l'étage 75 m, juste en-dessous du foyer Mini-Pegase.
Les figures 2 à 5 montrent des photos du système réfrigérant lors de sa livraison et de sa mise en place en juin 2012. La masse totale à vide (sans eau) est de 1200 kg.

 
Fig.2 : Système réfrigérant monté sur châssis,
livré en pied de tour (juin 2012).

 Fig.3 : Opération de levage des composants en
sommet de tour avec le pont téléscopique

 
Fig.4 : Manutention et installation des composants
à l'étage 75 m
 Fig.5 : Système réfrigérant installé à l'étage 75 m