Brevet FR2339902A1 — publié le 19770826

L'invention est relative à un dispositif à miroir qui est destiné à réfléchir un faisceau lumineux sur un point de position fixée, les positions relatives du faisceau lumineux incident et du miroir étant variables. Elle concerne plus particulièrement de tels dispositifs à miroir qui sont destinés à réfléchir le rayonnement solaire de façon à le concentrer en un point d'une chaudière ; l'énergie calorifique apportée au fluide de cette chaudière est alors transforme en énergie électrique. On sait que de tels fours solaires comportent un ensemble de miroirs qu'il est nécessaire de déplacer constamment en raison du mouvement relatif de la terre et du soleil ; ce déplacement des miroirs a pour but de faire passer à tout moment le faisceau lumineux réfléchi par un point de position fixée ; ce point constitue, par exemple, l'entrée drune chaudière. Pour satisfaire à la condition mentionnée ci-dessus, dans des installations connues on utilise un organe de détection, par exemple à cellules photo-électriques, disposé entre le miroir et ltentrée de la chaudière ; on utilise, par exemple, quatre cellules photo-électriques qui, normalement (c'est-à-dire quand le faisceau a la position désiree), reçoivent la même intensité lumineuse ; par contre si le faisceau réfléchi ne garde pas la position convenable ces quatre cellules phota-électriques sont eclairées de façon différente et fournissent donc des signaux qui sont exploitables par des moyens de déplacement des miroirs de façon à leur conferer la position convenable, à savoir la position pour laquelle le faisceau réfléchi passe par le point de position fixée. Un tel dispositif dans lequel l'organe de détection se trouve entre le miroir et la chaudière est difficilement exploitable, en particulier quand les miroirs ne gardent pas une position déterminée sur le sol. L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient elle vise donc à fournir un dispositif à miroir du type susmentionné dans lequel l'organe de détection, par exemple à photocellules, peut être disposé de façon commode de manière que les informations qu'il détecte soient utilisables quelle que soit la façon dont se déplacent les miroirs. Le dispositif à miroir susmentionné-c'est-à-dire du type des tine- à réfléchir un faisceau lumineux sur un point de position ixe, les positions relatives du faisceau lumineux incident et du miroir étant variables, ledit dispositif comportant un organe de détection de la position du faisceau réfléchi, le sio-.al rour;;- par cet organe de détection étant propre à commander des moyens de déplacement dudit miroir - est, conformément à l'inventio' caracterisé en ce qu'une fraction de la surface dudit miroir est, au moins en partie, transparente et en ce qu'il comporte des moyens réflecteurs destinés à fournir un faisceau lumineux parallèle à la direction du faisceau réfléchi ; ce faisceau lumineux réfléchi par lesdits moyens réflecteurs passe à travers ladite fraction transparente pour être dirigé vers l'arrière dudit miroir. 'organe de détection est ainsi dispose à l'arrière dudit miroir. Dans un mode de réalisation de l'invention, le dispositif comprend des moyens catadioptriques destinés a recevoir le faisceau lumineux incident et à le renvoyer, dans la direction dudit faisceau incident, vers les moyens réflecteurs. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens r'flecteurs comportent une surface re,fl!chissantQnormale a ia surface dudit miroir, cette surface des moyens r--flecteurs étant dispose au voisinage de ladite fraction transparente. De prrf rence, dans ce cas, on prévoit une seconde surface réflechissante normale à la surface du miroir, les première et seconde surfaces rrfl chissantes des moyens réflecteurs formant alors un dièdre. D'autres buts, avantages et caract > ristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description de certains de ses modes de realisation, cette description tant faite en se réf7rant aux dessins ci-annexos sur lesquels - La figure 1 montre un schéma optique de principe d'un dispositif à miroir auquel s'applique l'invention, - la figure 2 montre, de façon schématique, un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention, - la figure 3 est une vue partielle de dessus du dispositif montré sur la figure 2, - la figure 4 illustre également de façon schématique une variante du dispositif montré sur les figures 2 et 3, - la figure 5 représente une vue partielle de dessus du dispositif illustre sur la figure 4. - la figure 6 illustre, également de façon schématique, encore un autre mode de réalisation de l'invention, et - la figure 7 représente une vue partielle de dessus du dispositif montré sur la figure~6. Comme on l'a déjà indiqué plus haut, l'invention s'applique, plus particulièrement, à la captation du rayonnement solaire à l'aide de dispositifs à miroirs pour produire de l'énergie électrique grâce à l'énergie calorifique de ce rayonnement. A cet effet, on utilise un miroir 1 (figure 1) orienté de telle manière que le faisceau lumineux 2 provenant du soleil se réfléchisse sur ledit miroir, le faisceau réfléchi ayant été noté avec la référence 3. Ce faisceau 3 doit atteindre un point déterminé 4 d'une chaudière 5. Le miroir 1 doit présenter une orientation variable afin que le faisceau réfléchi passe toujours par le même point 4. Pour satisfaire à cette condition, on peut soit garder le miroir en un emplacement déterminé sur le sol tout en le faisant pivoter autour d'un axe 6, soit déplacer ce miroir par rapport au sol tout én le faisant également basculer par rapport à un axe. Pour vérifier que le faisceau 3 passe constamment par le point 4, il est nécessaire de disposer de moyens de détection du faisceau 3 (non montrés sur la figure 1). Ces moyens de détection sont, selon l'invention, disposés en arrière du miroir 1. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur les figures 2 et 3 une fraction 10 de la surface réfléchissante du miroir la est transparente. Dans cet exemple, le miroir la comprend deux plaques 11 et 12 transparentes (par exemple en verre). La surface réfléchissante du miroir est constituée par une couche d'argent 13 disposée sur la face supérieure de la plaque 11, à 1 'exception de la zone 10. Sur la périphérie de la zone 10 sont installés des moyens catadioptriques 14 (figure 3) ayant la forme d'une couronne circulaire. On sait que de tels moyens catadioptriques permettent de renvoyer un faisceau lumineux incident dans sa propre direction. On a illustré sur la figure 2 la marche des divers rayons lumineux intervenant pour le fonctionnement du dispositif à miroir. Les rayons 15 et 16 provenant du soleil sont renvoyés directement (rayons réfléchis 15a et 16a) vers le point 4 de la chaudière 5 (non montrée sur la figure 2). Par contre, les rayons frappant les moyens catadioptriques 14i à savoir les rayons 17 et 18 sont renvoyés dans leur propre direction. Dans ces conditions, la surface supérieure 12a de la plaque 12 réfléchit les rayons ainsi rétrodiffusés. Le rayon 21 réfléchi par la surface 12a passe à travers l'ouverture 10 et est dirigé vers arrière du miroir. Ce rayon 21 est parallèle aux rayons 15a et 16a réfléchis directement par la surface réfléchissante 13. Des moyens de détection 22 permettent, comme on le verra plus loin, de déterminer soit si le faisceau réfléchi garde une direction et une position constantes soit si ce faisceau réfléchi (rayons 15a et 16a) passe constamment par le'point 4. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur les figures 4 et 5, le miroir lb comporte également une zone transparente 25. Comme dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3 on prévoit des moyens catadioptriques 26. Toutefois, dans cet exemple, les moyens catadioptriques 26 sont disposés à l'arrière du miroir lb. En outre, sur la zone 25 on a disposé une couche d'un matériau rendant cette zone semi-réfléchissante ; on rappelle qu'une couche 1,semi-réfléchissante" permet à un matériau transparent d'être à la fois transparent et réfléchissant (les coefficients de transmission et de réflexion de la lumière étant alors, bien entendu, sensiblement inférieurs à 1). Comme montré sur la figure 5, le catadioptre 26 présente un contour 26a en forme de demi-cercle et la zone 25-se trouve sensiblement au même niveau que le centre de ce demi-cercle. Les rayons lumineux représentés sur la figure 4 illustrent le fonctionnement du dispositif que l'on vient de décrire. Les rayons 27 sont transmis à travers la zone 25 en direction du catadioptre 26 où ils sont renvoyés dans leur propre direction. En outre, une fraction du flux lumineux renvoyé par le catadioptre 26 se réfléchit sur la face inférieure de la zone 25. Le faisceau 28 ainsi réfléchi est dirigé vers l'arrière du miroir lb et est parallèle au faisceau réfléchi normalement par ledit miroir et destiné à atteindre le point 4 (figure 1). Comme dans le mode de réalisation des figures 2 et 3; on prévoit des moyens de détection 22a du faisceau 28. Dans l'exemple qui est illustré sur les figures 6 et 7, le miroir lc comporte, comme dans les autres modes de réalisation, une zone transparente 30. Toutefois, à la différence des deux autres modes de réalisation, on ne prévoit pas de moyens catadioptriques renvoyant la lumière dans sa propre direction mais, à la place de tels moyens catadioptriques, un miroir 31 comportant quatre surfaces réfléchissantes perpendiculaires à la surface réfléchissante du miroir lc. En section les quatre surfaces réfléchissantes du miroir 3- forment un carré (figure 7). En outre, ce miroir 31 présente des dimensions qui sont petites par rapport à celles du-miroir-lc et il est disposé au voisinage de la partie transparente 30. En variante (non montrée) on peut disposer ce miroir 31 au centre de la zone 30. On a également représenté sur la figure 6, la marche des rayons lumineux expliquant le fonctionnement du dispositif que l'on vient de décrire en relation avec les figures 6 et 7. Les rayons solaires 32 et 33 qui n'atteignent pas la zone 30 sont réfléchis directement (rayons 32a et 33La) vers la chaudière 5 (non montrée sur la figure 6). Par contre les rayons 34 qui atteignent une face réfléchissante du miroir 31 sont réfléchis vers l'arrière du miroir lc. Les rayons 34a ainsi réfléchis viennent frapper un dispositif de détection 22b. Dans le cas où le miroir l (la, lb ou îc) est maintenu en position fixe par rapport au sol tout en étant mobile en rotation autour d'un axe unique 6 (figure 1) la zone transparente (10, 25 ou 30) se trouve au niveau dudit axe 6 et les moyens de détection 22, 22a ou 22b comprennent des cellules--photo-électriques (non montrées) de positions fixes. Si le rayon réfléchi garde une direction constante, il frappera toujours de la même manière ces cellules photo-électriques.Par contre, si le rayon réfléchi change de direction, ces cellules photo-électriques seront influencées de manière différent et l'on produira ainsi un signal différentiel utilisable pour déclencher l'actionnement de moyens de déplacement (non montrés) du miroir de façon à le ramener (par pivotement) dans une position où lesdites cellules photo-électriques sont influencées de façon à ne pas produire de signal différentiel. Dans le cas où le miroir est mobile, on prévoit, conformément à l'invention, une source lumineuse (non montrée) au niveau du point 4 (figure 1). Cette source lumineuse émet un rayonnement qui passe à travers la zone transparente du miroir pour venir atteindre les moyens de détection 22, 22a ou 22b. La position et lforienta- tion du miroir sont alors-réglées en faisant coïncider le faisceau lumineux produit- par ladite source avec les rayons réfléchis 21, 28 ou 34a. Dans ce cas, les moyens de détection comprennent également des cellules photo-électriques qui sont agencées pour produire un signal différentiel quand le faisceau produit par ladite source ne coïncide pas avec les rayons réfléchis vers l'arrière.Ce signal différentiel est alors utilisé pour commander des moyens de déplacement (pivotement et translation) du (ou des) miroir. Comme source lumineuse au point 4 on peut, par exemple, utiliser une pastille métallique chauffée par le rayonnement solaire réfléchi. Dans les deux cas envisagés il est avantageux que les moyens de détection comprennent un objectif (non montré) pour concentrer les rayonnements lumineux sur les cellules photo-électriques. Le dispositif que l'on vient de décrire en relation avec les figures présente de nombreux avantages. On indiquera, en particulier, qu'il est utilisable quels que soient les moyens de déplacement des miroirs. En outre, ce dispositif est de réalisation particulièrement simple. Bien que l'application préférée de l'invention concerne la conversion de l'énergie solaire en énergie électrique, elle s'applique de façon plus générale à la commande du déplacement d'au moins un miroir de façon que celui-ci réfléchisse un rayon devant passer par un point fixe, les positions relatives du faisceau incident et du miroir étant variables. De façon encore plus générale, l'invention concerne un dispositif de détection du faisceau réfléchi par un miroir. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif à miroir destiné à réfléchir un faisceau lumineux sur un point de position fixée, les positions relatives du faisceau lumineux- incident et du miroir étant variables, ledit dispositif comportant des moyens de détection de la position du faisceau réfléchi, le signal fourni par ces moyens de détection étant propre à commander des moyens de déplacement dudit miroir, caractérisé en ce que ledit miroir comporte une fraction de sa surface qui est transparenk au au moins en partie et en ce qu'il comporte des moyens réflecteurs destinés à fournir un faisceau lumineux parallèle à la direction du faisceau réfléchi, le faisceau engendré par lesdits moyens réflecteurs passant, à travers ladite fraction transparente de la surface du miroir, vers ltarrière dudit miroir, lesdits moyens de détection étant disposés à l'arrière dudit miroir. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens catadioptriques destinés à recevoir le faisceau incident et à le renvoyer vers lesdits moyens réflecteurs. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens catadioptriques sont disposés autour de ladite fraction transparente de la surface du miroir, sensiblement au niveau de cette surface, et en ce que les~moyens réflecteurs comportent une couche en partie transparente et en partie réfléchissante disposée devant la surface réfléchissante dudit miroir en regard des moyens catadioptriques et de ladite fraction transparente. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite fraction transparente de la surface du miroir est constituée par une couche en partie transparente et en partie réfléchissante, et en ce que les moyens catadioptriques sont disposés à l'arrière de ladite surface réfléchissante du miroir, lesdits moyens réflecteurs étant constitués par la surface arrière de ladite couche en partie transparente et en partie réfléchissante. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens réflecteurs comportent une surface réfléchissante sensiblement normale à la surface dudit miroir, cette surface des moyens réflecteurs étant disposée au voisinage de la fraction transparente --du miroir. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en-ce que les moyens de détection comportent des cellules photoélectriques destinées à produire un signal différentiel représentatif de l'écart du faisceau réfléchi par rapport à la position pour laquelle il passe par ledit point de position fixée. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'audit peint de position fixée est installée une source lumineuse destinée à émettre un rayonnement lumineux vers lesdits moyens de détection à travers ladite fraction transparente du miroir. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite source lumineuse comporte une pastille métallique propre à être chauffée par le faisceau réfléchi.