Brevet FR2354590A1 — publié le 19780106

L'invention a pour objet un héliostat a un seul axe principal de rotation et à miroirs élémentaires mobiles autour d'axes secondaires. La plupart des héliostats connus possèdent deux degrés de liberté et des moyens qui permettent de les orienter vers tout point de l'espace, afin de suivre le soleil dans son déplacement. En général, ils sont munis d'une articulation ponctuelle, ou d'un ensemble de deux axes principaux de rotation. De tels moyens rendent ces héliostats d'une grande fragilité, particulierement à l'égard du vent. En outre, leur inertie considérable par rapport à ces deux axes principaux, les rend peu aptes à un escamotage rapide, nécessité par un coup de vent subit par exemple ou par un quelconque incident nécessitant l'arrêt immédiat de l'installation. La présente invention a justement pour objet un héliostat qui évite ces inconvénients. A cette fin, l'invention prévoit que l'héliostat ne possède plus qu'un seul axe principal, autour duquel peut s'effectuer une rotation lente permettant la poursuite du soleil en azimut ; le second degré de liberté est obtenu en dotant chaque miroir élémentaire constituant le panneau réfléchissant d'un axe secondaire de rotation, perpendiculaire à l'axe principal. Grâce à cette pluralité d'axes secondaires, l'escamotage des miroirs peut s'effectuer très rapidement, puisque l'inertie d'un tel miroir par rapport à son axe secondaire est très faible comparativement à celle de l'ensemble par rapport à l'axe principal. Une telle conception entrain d'autres avantages, notamment des facilites de montage et de réglage de l'héliostat. De façon précise, la présente invention a donc pour objet un héliostat comprenant une armature supportant un ensemble de miroirs élémentaires et qui est caractérisé en ce qu'il possède un seul axe principal de rotation et des moyens permettant de le faire tourner lentement autour de cet axe pour suivre en azimut le déplacement du soleil ; l'héliostat de l'invention est, en outre, caractérisé en ce que chaque miroir élémentaire est monté sur un axe de rotation secondaire perpendiculaire à l'axe principal, chaque miroir étant associé à des moyens aptes à le faire tourner autour de son axe, soit lentement pour suivre en site le déplacement du soleil, soit rapidement pour provoquer une mise en drapeau desdits miroirs. Dans un lieu donné, le mouvement apparent du soleil s'effectue avec un débattement d'est en ouest d'environ + 450, au voisinage de l'équinoxe ; ce débattement peut être obtenu en faisant tourner l'héliostat de l'invention autour de son axe principal. Mais le débattement en site au cours d'une année est beaucoup plus faible et de l'ordre de + 120, si toutefois l'axe principal de l'héliostat est parallèle à l'axe des piles terrestres, (c'est-à-dire présente avec llho- rizontale, dans le plan méridien, un angle sensiblement égal à la latitude du lieu). Ce faible débattement peut être obtenu en faisant tourner chacun des miroirs autour de son axe secondaire. C'est cette orientation de l'axe qui est donc préférée. I1 va de soi cependant que l'axe principal de l'héliostat de l'invention pourrait être disposé dans une autre orientation que celle de l'axe des p8les, en particulier s'il fait partie d'un champ d'héliostats disposés autour d'une centrale solaire du type "tour", auquel cas l'orientation de son axe dépend des positions relatives de l'héliostat et de la tour. De toute manière, la combinaison des deux systèmes d'axes de rotation (axe principal et axes secondaires) permet toujours d'assurer la couverture totale du champ solaire. Les axes de rotation des miroirs élémentaires sont de préférence rendus solidaires en rotation, par exemple au moyen de bielles reliées à une tringle de commande dont le déplacement est commandé par un moteur unique. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention apparaltront mieux après la description qui suit, d'exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en perspective de l'héliostat de l'invention - la figure 2 représente une vue de coté de l'héliostat de l'invention, en position de travail - la figure 3 représente une vue de côté de l'héliostat lorsque les miroirs élémentaires sont mis en drapeau - la figure 4 représente un exemple de réalisation des moyens de commande de la rotation des miroirs élémentaires ; - la figure 5 représente schématiquement le chassies de fixation de l'héliostat. La figure 1 illustre schématiquement l'héliostat de la présente invention. L'appareil représenté comprend une armature 10 supportant un ensemble de miroirs élémentaires 12, plans ou focalisants. Cette armature possède un seul axe principal de rotation qui porte la référence 14 et chacun des miroirs 12 possède un axe de rotation 16 perpendiculaire à l'axe principal 14. La rotation de l'armature autour de l'axe principal est commandée par des moyens 18 ; la rotation de chacun des miroirs élémentaires 12 autour de son axe secondaire est obtenue par des moyens qui sont représentés sur les figures suivantes. L'ensemble repose sur le sol par un chassis 20 qui, de préférence, donne à l'axe principal 14 une orientation parallèle à l'axe des pâles. La figure 2 représente l'héliostat vu de c5té. Les éléments communs aux figures 1 et 2 portent les mimes références, à savoir l'armature 10, les miroirs élémentaires 12, l'axe principal de rotation 14, les axes secondaires 16 et le châssis 20. Cette figure illustre en particulier les moyens permettant de faire tourner les miroirs 12 autour de leur axe 16. Ces moyens comprennent, dans la variante illustrée, des bielles 22 commandées par une tringle 24 actionnée par des moyens 26 et sollicitée en permanence vers le bas par un ressort de rappel 28. Comme il a été indiqué plus haut, I'intérêt d'une telle structure est, d'une part, de permettre la poursuite du soleil soit en azimut (par rotation autour de l'axe principal), soit en site (par rotation autour des axes secondaires) et d'autre part, d'autoriser une mise en drapeau extrêmement rapide des miroirs. Lorsqu'une telle mise én drapeau est effectuée, pour une raison quelconque (coup de vent, sécurité, incident...), l'héliostat se présente comme il est illustré par la figure 3.Les miroirs élémentaires 12 sont disposés sensiblement dans des plans horizontaux, ce qui réduit de manière efficace la prise au vent de l'installation ; dans cette position, l'armature peut rester globalement dans sa position normale de poursuite du soleil, La remise en opération de l'héliostat s'effectue par les moyens 26 qui redonnent aux miroirs élémentaires 12 leur orientation convenable. Les moyens permettant de commander la tringle 24 sont représentés de façon plus détaillée sur la figure 4. La tringle de commande 24 est sollicitée en permanence vers le bas par un ressort de rappel 28 associé à une butée réglable 30. La position de la tringle est déterminée par une roue dentée 32 engrenant dans une crémaillère 34. La rotation de la roue dentée 32 est commandée par un moteur 36, avantageusement à double sens de rotation, auquel elle est reliée par l'intermédiaire d'un embrayage 38, par exemple de nature électromagnétique. Un indicateur de position 40 peut éventuellement être fixé sur l'axe de rotation. La tringle 24 est reliée aux bielles 22 qui sont montées libres en rotation sur la tringle et sur les axes secondaires 16. Le fonctionnement de cet ensemble de moyens est le suivant : le moteur 36 communique à la roue 32 un mouvement de rotation qui déplace la tringle 24, ce qui provoque le basculement des miroirs 12 ; ce mouvement est, en fonctionnement normal, tel que la rotation des miroirs s'adapte à la variation de position du soleil. Le moteur 36 peut être commandé par tout moyen approprié permettant la poursuite du soleil en site ; de tels moyens ne sont pas décrits ici car ils sont bien connus de l'homme de l'art. En cas d'incident, les moyens illustrés effectuent la mise en drapeau des miroirs elémentaires à partir d'un ordre de débrayage émis par des moyens 4, et transmis à l'embrayage 38 ; les moyens 4 peuvent être de nature diverse et consister en anémomètres, circuits d'alarme disposés sur le circuit de la chaudière (détectant une élévation anormale de température, ou un manque de fluide, etc..) circuits détectant le franchissement d'une barrière de sécurité, dispositifs signalant une panne de l'installation, etc.. Lorsque la roue 32 est débrayée du moteur, la tringle 24 se trouve brutalement attirée vers la butée 30 par le ressort de rappel 28.Les miroirs quittent donc la position qu'ils occupaient dans leur poursuite du soleil, de sorte que les rayons qu'ils réfléchissent ne sont plus dirigés vers le récepteur. Pour la remise en route, l'embrayage est rétabli et le moteur 36 convenablement commandé redonne à la tringle sa position correcte et aux miroirs leur orientation convenable. A cette fin, l'indicateur de position 40 permet d'apprécier l'orientation des miroirs. Des moyens automatiques peuvent être prévus pour asservir la commande du moteur 36 à-la position du soleil de la manière suivante : l'indicateur de position peut délivrer une information qui est avantageusement de nature électrique et qui représente la position de la tringle, donc l'orientation des miroirs ; un tel indicateur peut etre simplement constitué par un potentiomètre relié à une source de tension. Ce signal est envoyé sur un comparateur 44 qui re çoit, par ailleurs, un signal de référence délivré par des moyens 46 ; ces moyens sont par exemple constitués par des capteurs solaires associés à un ordinateur qui calcule l'orientation idéale de l'héliostat en fonction de la position du soleil.Un signal d'erreur est délivré par le comparateur 44, et appliqué, éventuellement après amplification, au moteur 36 pour commander sa rotation en amplitude et en sens. Par cette boucle d'asservissement, il est possible de donner en permanence à l'ensemble des miroirs élémen- taires une position correcte, ou de lui redonner une position correcte après une mise en drapeau. Les moyens ayant pour fonction de délivrer des signaux de commande aptes à provoquer la rotation de l'hé- liostat autour de ses axes peuvent être de tout type connu ; ils peuvent consister notamment en systèmes programmés en boucle ouverte, programmés en boucle fermée, en asservissement en position, etc. Ces systèmes de commande ne font pas partie de la présente invention. En plus des avantages déjà soulignés, relatifs à la commande rapide du mouvement des miroirs autour de leur axe secondaire de rotation, l'héliostat de la présente invention présente un intérêt lié aux problèmes que pose la construction mécanique et le réglage des héliostats. Grace à l'existence d'un seul axe principal de rotation, l'héliostat de l'invention peut être construit comme il est indiqué sur la figure 5. Sur cette figure, est représenté un châssis de fixation comprenant deux longerons incurvés 50 et 52, solidaires de quatre pieux 54 battus dans le sol et reliés par des entretoises 55. L'armature de l'héliostat est fixée sur ce châssis par des attaches 56 qui peuvent coulisser le long des longerons. Ces attaches comprennent un manchon 57 du type à échauffaudage serré sur le pieu par des goujons filetés 59.Une pièce de blocage 61 immobilise le longeron. L'axe de rotation est supporté par des goussets d'articulation 58. Le coulissement des attaches permet de régler l'inclinaison de l'axe de l'heliostat avec une précision suffisante. Si une telle structure est soumise à des vibrations ou à des contraintes, le châssis se déforme en parallélogramme et les miroirs se déplacent parallèlement à eux-mEmes de ce fait, le rayon réfléchi est relativement insensible à ces perturbations. En plus de cet avantage lié à la stabilité, ces moyens présentent celui de la simplicité, ce qui est appréciable lorsqu'il s'agit de régler un champ d'héliostats comportant un grand nombre d'appareils. Les miroirs élémentaires de l'héliostat qui vient d'être décrit peuvent être de tout type connu. Ils peuvent en particulier être constitués par un bloc de mousse de verre dont les faces sont recouvertes d'une couche de résine et par une feuille de verre fixée sur l'une des faces de ce bloc par 1 'in- termédiaire de la couche de résine, la feuille de verre étant métallisée sur sa face en regard dudit bloc. On pourra se reporter à ce sujet à la demande de brevet français EN 76 02312 déposée le 28 Janvier 1976 pour un "réflecteur de construction légère". REVENDICATIONS 1 Héliostat comprenant une armature supportant un ensemble de miroirs élémentaires, caractérisé en ce qu'il ne possède qu'un seul axe principal de rotation, et des moyens permettant de le faire tourner lentement autour de cet axe pour suivre le déplacement du soleil, et en ce que chaque miroir élémentaire est monté sur un axe de rotation secondaire chaque miroir étant associé à des moyens aptes à le faire tourner autour de son axe, soit lentement pour suivre en site le déplacement du soleil, soit rapidement pour provoquer une mise en drapeau desdits miroirs. 2. Héliostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe principal de rotation de l'armature est sensiblement parallèle à l'axe des pâles. 3. Héliostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que les axes de rotation des miroirs élémentaires sont rendus solidaires en rotation par des bielles reliées à une tringle de commande pouvant se déplacer sous l'action d'un moteur unique. 4. Héliostat selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tringle est sollicitée à une extrémité par un ressort de rappel associé à une butée. 5. Héliostat selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tringle comporte une crémaillère dans laquelle engrène une roue commandée par ledit moteur par l'interme- diaire d'un embrayage. 6. Héliostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'armature est montée sur un châssis de fixation constitue par des longerons incurvés pouvant coulisser dans des attaches permettant de les rendre solidaires des extrémités de pieux fichés dans le sol. 7. Héliostat selon la revendication 1, caractérisé en ce que les miroirs élémentaires comportent un bloc de mousse de verre dont les faces sont recouvertes d'une couche de résine et une feuille de verre fixée sur l'une des faces dudit bloc