Brevet FR2257067A1 — publié le 19750801

La présente invention concerne un appareil pour l'utilisation de l'énergie solaire comportant un réflecteur concave et un récepteur sur lequel est réflé- chi le rayonnement solaire. ILest connu d'utiliser un récepteur parabolique pour concentrer au foyer énergie solaire. Ces installations sont connues sous le nom de fours solaires et sont utilisées à des fins expérimentales. 1l est connu d'autre part de chauffer de l'eau par application de l'effet de serre en faisant circuler de 11 eau dans une tubulure métallique disposée sous une verrière. I1 n'existe toutefois pas à ce jour d'appareil à réflecteur pour le chauffage d'un liquide en circulation. La présente invention a précisément pour but de chauffer un liquide en circulation au moyen d'un réflecteur solaire. Ce liquide peut être par exemple de l'eau à chauffer pour usage domestique ou à surchauffer pour obtenir de la vapeur, pour des applications industrielles L'appareil selon l'invention est caractérisé principalement en ce qu'il comp prend des moyens de positionnement automatique du réflecteur assurant une position favorable du réflecteur par rapport au soleil, et par le fait que le ré situedu côté cepteur est constitué par une enceinte évacuée, dont au moins le cOtéYdu réflecteur est transparent, et à l'intérieur de laquelle est situé un serpentin de teinte foncée, dont les extrémités sont reliées respectivement à une entrée et une sortie pour la circulation d'un liquide. Selon une autre caractéristique importante de l'invention l'enceinte évacuée est en verre trempé qui présente la propriété de retenir dans une grande mesure le rayonnement infra-rouge de grande longueur d'onde, c'est-à-dire le rayonnement infra-rouge émis par le serpentin chauffé à l'intérieur de l'enceinte, ce qui a pour effet de réduire les pertes d'énergie thermique par radiation. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ltinvention. Dans le dessin; la figure 1 représente une vue en perspective d'un appareil selon l'inventison; la figure 2 en représente une vue en élévation et en coupe selon II-II de la figure 1 et un détail de cette coupe la figure 3 représente le schéma bloc de commande de ltun des moteurs de positionnement du réflecteur ; et la figure 4 représente une vue en coupe axiale selon l'axe horizontal du réflecteur. L'appareil est constitué essentiellement d'un miroir parabolique 1, en verre2 en métal poli ou en matière plastique métallisée, par exemple. Au foyer du réflecteur 1 est placé un récepteur 2 monté sur un support 3. Le ré flecteur 1 est monté sur deux supports 4 et 5 en forme de V renversé. sur lesquels il peut tourner autour d'un axe horizontal 6. Les supports 4 et 5 sont eux-mêmes fixes par leurs pieds sur une plaque tournante 7 montée rotativement sur une plaque de base 8 permettant au réflecteur de tourner autour d'un axe vertical 9. Aux extrémités du diamètre de l'ouverture du réflecteur défini par l'intersection du plan vertical passant par l'axe vertical 9 et contenant l'axe du support 3, sont fixés deux supports 10 et 11 en forme de douille conter nant chacun une cellule photoélectrique.Aux extrémités du diamètre perpendi culaire au diamètre reliant les supports 10 et ll sont fixés au réflecteur deux supports 12 et 13 analogues aux supports 10 et 1 1 et contenant chacun une cel lule photonique. Les supports 10 à 13 sont orientés parallèlement au support 3 du réflecteur, c'est-à-dire de manière à recevoir une quantité d'énergie solaire maximale lorsque le réflecteur est orienté en direction du soleil. On se réfère à la figure 2. Le récepteur 2 est constitué par un serpentin 14 enfermé dans une enceinte 15 évacuée en verre trempé. Le serpentin 14 de couleur foncée, de préférence en métal noirci, est relié par deux tubes 16 et 17, constituant simultanément le support 3 du récepteur, à une entrée 18 et à une sortie 19 pour l'arrivée et le retour d'un liquide, de préférence un liquide spécial dont le point d'ébullition est de 180 C et le point de congélation de 300C. Des moyens non représentés permettant de raccorder l'entrée 18 et la sortie 19 à une installation telle qu'un circuit de chauffage, un réservoir d'eau chaude ou une machine utilisant une source de liquide surchauffé ou de vapeur. Dans le cas de chauffage d'eau domestique la chaleur provenant de l'appareil peut être transférée à l'eau potable par l'intermédiaire d'un échangeur de cha leur. Le serpentin 14 forme dans l'enceinte 15 deux spirales superposées 14a et 14b aux spires serrées et s'étendant dans deux-plans perpendiculaires à l'axe du réflecteur. La spirale 14 s'étend au-dessus de la spirale 14b et elle est reliée au conduit dtarrivée 16, tandis que la spirale inférieure 14b est re liée au conduit de retour 17. La spirale 14b reçoit donc directement le rayon nement infra-rouge réfléchi par le réflecteur, tandis que la spirale 14a est chauffée par contact avec- la spirale inférieure I4b. Cette disposition a pour avantage de préchauffer le liquide froid dans la spirale 14a avant son échauffement-maximum dans la spirale 14b, ce qui a pour effet de réduire les ten sions mécaniques internes dues aux différences de température.L'enceinte 15 étant évacuée, il n'y a aucune perte d'énergie thermique par conduction ou convexion. D'autre part le verre trempé a pour effet de retenir en grande partie le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde émis par le serpentin 14 tout en laissant passer le rayonnement infra-rouge de faible longueur d'onde réfléchi par le réflecteur, ce qui permet de supprimer en grande partie les pertes par rayonnement. Le serpentin ne doit pas nécessairement etre enroulé en spirale et le nombre des couches peut être inférieur ou supérieur à deux. Les moyens d'entrainement en rotation du réflecteur sont constitués d'une part par un premier moteur électrique 20 fixé sur le support 5 et dont I'arbre ou l'arbre d'un réducteur porte un pignon 21 engrenant avec un secteur denté 22 fixé au réflecteur 1, et d'autre part par un second moteur électrique 23 fixé à la plaque de base 8 dont l'arbre ou l'arbre d'un réducteur porte un pignon 24 engrenant avec un secteur denté 25 fixé à la plateforme rotative 7 montée rotativement sur un axe central 26 et sur un roulement à billes ou à rouleaux 27. Le moteur 20 est commandé par les cellules photoélectriques 10 et 11 tandis que le moteur 23 lui est commandé par les cellules photoélectriques 12 et 13. Les moteurs 20 et 23 sont des moteurs à courant continu à deux enroulements identiques et opposés. Le schéma de commande du moteur 23 est illustré à la figure 3. Les cellules photoélectriques 10 et 11 sont reliées respectivement à un amplificateur 28 et 29 qui amplifie le courant engendré par l'irradiation des cellules photoélectriques pour alimenter les enroulements opposés 30 et 31 du moteur 20. Le moteur tourne dans un sens ou dans l'autre selon que le courant est plus élevé dans l'un ou l'autre des enroulements et il s'arête lorsque les deux-enroulements sont parcourus par un courant de grandeur égale. Ceci est le cas lorsque les cellules 10 et Il reçoivent la même quantité d'énergie solaire, ctest-à-dire lorsque le réflecteur est orienté en direction du soleiL La figure 4 montre comment sont constitués les supports 12 et 13 des cellules photo électriques commandant le moteur 23.Ces supports sont constitués par des tubes coupés obliquement dans lesquels sont fixés les éléments photoé- lectriques 32 et 33 qui sont ainsi à l'abri de la lumière parasite émise par le réflecteur et le récepteur, mars peuvent par contre facilement recevoir le rayonnement solaire arrivant de côté de part et d'autre du réflecteur. L'élément photoélectrique 33 est en outre disposé obliquement de manière à être sensible à un rayonnement pratiquement perpendiculairement à l'axe du réflecteur et ceci pour ramener le réflecteur en'position au lever du soleil. En effet, avant le lever du soleil le réflecteur reste orienté vers le couchant, de sorte que lorsque le soleil se lève il est nécessaire que l'élément photoélectrique puisse rapidement recevoir le rayonnement solaire afin de ramener le réflecteur en direction du levant. L'invention n'est bien entendu, pas limitée à la forme d'exécution repré sentée, mais s'étend à toutes ses variantes d'exécution. Le serpentin 14 peut notamment être de forme hélicoidale ou simplement etr méandres. I1 ne doit pas nécessairement être placé au foyer géométrique du réflecteur, mais plu tôt légèrement en deçà de celui-ci pour que le rayonnement réfléchi se répartisse uniformément sur toute la surface du serpentin. Le serpentin peut également être exécuté au moyen d'un empilage de pièces soudées. I1 peut être judicieux d'enfermer les conduits 16 et 17 dans un tube, éventuellement évacué. Dans ce cas le serpentin et les tubes 16 et 17 peuvent constituer une unité amovible et interchangeable. A cet effet, l'enceinte 15 peut être fermée, coté soleil, par un flasque en verre ou en métal. I1 suffit en effet que la partie de l'enceinte dirigée vers le récepteur soit transparente. Au lieu d'un réflecteur à foyer ponctuel, on peut utiliser un réflecteur à foyer linaire par exemple de forme cylindrique de section parabolique. U est enfin judicieux d'adapter la surface du récepteur tournée du côté du réflecteur à la courbure du réflecteur de telle sorte que la partie du rayonnement réfléchiepar la surface du récepteur soit réfléchie par la surface du réflecteur de manière à être renvoyée en direction récepteur et rester en quelque sorte dans lue système réflecteur-récepteur au lieu d'être diffusée à l'extérieur de ce système. Ceci est obtenu en utilisant une surface de réflecteur concave parabolique dont le foyer est légèrement en retrait du foyer du réflecteur. REVENDICATIONS 1. Appareil pour l'utilisation de l'énergie solaire comportant un réflecteur concave et un récepteur sur lequel est réfléchi le rayonnement solaire, des moyens de positionnement automatique du réflecteur assurant une position favorable du réflecteur par rapport au soleil, le récepteur étant constitué par une enceinte évacuée, dont au moins le côté situé du cOté du réflecteur est transparent et à l'intérieur de laquelle est situé un serpentin de teinte foncée dont les extrémités sont reliées respectivement à une entrée et à une sortie pour la circulation d'un liquide, caractérisé en ce que le réflecteur a la forme d'une section de paraboloSde de révolution et que ladite enceinte occupe un volume concentré au foyer du paraboloide. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite enceinte est en verre trempé. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite enceinte est constituée par une cuvette en verre trempé fermée par un flasque métallique amovible. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le serpentin s'étend en au moins deux couches compactes disposées transversalement à l'axe du réflecteur. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le serpentin est relié à l'entrée et à la sortie par deux conduits disposés dans un tube évacué constituant également le support de l'enceinte. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le réflecteur est monté pivotant autour d'un axe horizontal et autour d'un axe vertical et que les moyens de positionnement sont constitués par deux paires d'éléments photorésistants solidaires en rotation du réflecteur et disposées respectivement selon un axe horizontal et selon un axe perpendiculaire à cet axe horizontal et à l'axe du réflecteur, de telle manière que les deux éléments photorésistants d'une meme paire reçoivent la meme qùantité dténergie solaire lorsque. le réflecteur est orienté convenablement en direction du soleil, par deux moteurs l'alimentation des enroulements d'un moteur étant commandée respectivement par chaque élément photorésistant d'une paire à travers des moyens intermédiaires et par des mécanismes d'entralnement du réflecteur associés respectivement à chacun des moteurs. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le réflec teur est un réflecteur parabolique monté sur deux supports sur lesquels le réflecteur peut pivoter autour d'un axe horizontal, ces deux supports étant fixés sur une plateforme pivotante. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le coté du récepteur situé du cOté du réflecteur présente une surface concave de courbure opposée à la cpurbure du réflecteur, de telle sorte que la lumière réiéchie par la surface du récepteur soit réfléchie au moins approximativement en direction du récepteur.