Brevet FR2410795A1 — publié le 19790629

La présente invention concerne le perfectionnement des fours solaires ou installations analogues destinées à concentrer et transformer l'enerqie solaire. Les fours solaires comportent, par exemple,une tour centrale de plusieurs dizaines de mètres de haut qu'entourent des miroirs disposés sur le sol, de manière à réfléchir le rayonnement solaire vers son sommet qui supporte un capteur capable d'absorber l'énergie rayonnée. Ce capteur, qui est tubulaire ou d'une autre configuration lui permettant d'etre parcouru d'une façon ou d'une autre par un fluide, comporte des surfaces qui absorbent les radiations et échauffent le fluide travaillant et/ou caloporteur en question. Les miroirs disposés sur le sol sont conçus de manière à suivre le mouvement du soleil dans le ciel afin de- toujours réfléchir son rayonnement vers le sommet de la tour. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 3 924 604 et NO 3 906 927 décrivent par exemple des installations de ce type. Comme dans tous les systèmes de transformation d'-énergie, une partie de l'énergie capturée se perd par suite, soit des lois fondamentales de la thermodynamique, soit de certaines imperfections de Itinstallation. Dans le cadre de la présente invention, on a découvert que, dans une installation du type précité, une assez grande partie de la perte de chaleur vient de 1 réflexion,vers 1' extérieur de cette installation, du rayonnement solaire et autre à partir du capteur. Bien enten du1 on essaye de donner à ce dernier les meilleures propriétés absorbantes possibles, mais cela ne l'empêche pas de réfléchir vers l'extérieur, comme on vient de le décrire, une partie non négligeable du rayonnement qui lui parvient depuis le sol.On sait de plus que le rayonnement d'un corps noir est d'autant plus fort que ses propriétés absorbantes sont meilleures. Ltun des buts de la présente invention est d'améliorer l'efficacité et le rendement des fours solaires du type précité, c'est-à-dire de ceux qui comportent généralement un grand nombre de réflecteurs entourant un capteur vers lequel ils dirigent le rayonnement solaire. Elle concerne en particulier le perfectionnement des fours solaires comportant une tour qu'entourent sur le sol un grand nombre de miroirs qu'il est possible de déplacer et d'orienter de façon à leur faire réfléchir le rayonnement solaire vers un capteur monté au sommet de la tour. L'invention consiste en l'occurrence à coiffer le sommet du capteur du four solaire d'un blindage de préférence tronconique, qui, comportant une surface polie et réfléchissante, est orienté de manière à arrêter et réfléchir vers le capteur la partie du rayonnement solaire que celui-ci réfléchit lui-même à partir du rayonnement que dirige vers lui l'ensemble des réflecteurs ou miroirs précitEs. La radiance de la surface de ce capteur est très élevée afin de lui donner les meilleures propriétés absorbantes possibles, tandis que celle de la paroi du blindage qui lui fait face est très faible afin d'augmenter le plus possible la proportion des radiations que le capteur a lui-même réfléchies et que le blindage lui renvoie ; ce blindage renvoie en outre vers le capteur le rayonnement engendré du fait de sa propre température. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel la figure 1 est une vue schématiaue d'ensemble d'une installation a' four solaire selon l'invention ; et la figure 2 montre en coupe le blindage utilisé dans cette installation. Sur la fiqure 1, la référence 10 désigne une tour centrale dont le sommet supporte un capteur Il destiné à transformer de l'énerqie solaire en énergie thermique par échauffement d'un liquide convenable. Plus précisément, ce capteur 11 absorbe de l'énergie solaire à partir de laquelle il échauffe un fluide travaillant dans les conduites qui le constituent. Ce liquide échauffé peut ou bien transmettre sa chaleur à un autre liquide ou bien etre pompé vers le bas dans 1 tour 10 pour passer dans une centrale électrique oii hdliothermique où il est utilisé. Ces éléments sont classiques et le plus souvent utilisés pour transformer de l'énergie thermique en énergie électrique. t'énergie thermique peut aussi être utilisez -tu ffloyen d'un tampon thermique de la technique-antérieure. Un grand nombre de réflecteurs ou miroirs disposés en rangs 13 sur le sol autour de la tour 10 concentrent l'énergie solaire. Cet ensemble peut comporter un grand nombre de plate-formes supportant chacune un réflecteur et conçues de manière à suivre le soleil au cours de son déplacement dans le ciel. Ces réflecteurs dirigent tous le rayonnement solaire qu'ils reçoivent vers le capteur 11 situé au sommet de la tour 10 dont la hauteur peut être comprise entre 90 et 300 m environ. Cette description est celle d'un four solaire classique. La présente invention concerne spécialement un blindage 20 qui coiffe la tète du capteur Il monté sur la tour 10. La figure 2 montre plus en détail ce blindage ainsi que la structure du sommet de la tour 10. Le blindage en question comprend essentiellement une armature 21 dont la partie haute est eÀ l'occurrence cylindriqueacar cette conformation est plus commode pour mettre en place le blindage 20 sur le haut 15 de la tour. Autour de cette extrémité haute 15 sont disposés des conduites et des tuyaux 16 qui constituent le capteur 11. Comme on l'a déjà mentionné, un fluide caloporteur passe dans ces conduites dont la surface périphérique de chacune a un grand pouvoir absorbant pour capturer l'énergie solaire. La partie inférieure 22 de l'armature 21 est tronconique et supporte intérieurement un réflecteur tronconique 25. L'angle au sommet du cône correspondant à cette conformation est compris entre 60 et 1200 de sorte que la surface réfléchissante de ce blindage converge vers le haut suivant un angle de 30 à 600 par rapport à l'axe de la tour Dans un exemple typique, l'angle au sommet précité peut être de 900, ce qui a pour effet d'incliner de 45 la surface réfléchissante du blindage par rapport à la surface la plus rapprochée du capteur. De plus, le bord périphérique inférieur 23 du blindage se trouve à mi-hauteur du capteur proprement dit, ctest-à-dire au niveau d'un plan horizontal passant par le milieu de la longueur des tuyaux 16. Comme on l'a déjà souligné, la surface réfléchissante 25 fait l'objet d'un poli spéculaire afin d'être aussi efficace que possible. Autrement dit, toutes les radiations que n'absorbe pas le capteur 11 (notamment la surface périphérique des conduites qui le composent), mais qui sont réfléchies de manière directe et/ou diffuse sont en grande partie arrêtées et réfléchies par la surface 25 du blindage 20.En général, tout faisceau rayonnant que l'ensemble 13 de réflecteurs réfléchit vers'le haut dans un plan vertical quelconque passant par l'axe de la tour et du capteur cylindrique fait avec ce dernier un angle d'incidence tel qu'un de ses composants réfléchis fait avec la surface réfléchissante 25 du blindage un angle de 90 environ, c'est-à-dire qu'il revient sur le capteur à peu près au point même dont il est parti, de sorte que seule une très faible partie du rayonnement solaire réfléchi par le capteur s'échappe du dispositif. Par conséquent, toutes les radiations que le capteur 11 n'absorbe pas, mais réfléchit, se dirigent vers le blindage qui les renvoie lui-même directement sur le capteur. La surface réfléchissante 25 peut être en acier aussi parfaitement poli que possible. I1 faut, en l'occurrence, assurer un équilibre convenable entre d'une part les résistances structurale et thermique et d'autre part la meilleure réflectance possible. On constate,en pratique, que la température du blindage augmente rapidement en fonction du pouvoir émissif de sa surface réfléchissante 25, cette température pouvant atteindre 1490C environ pour un pouvoir émissif de 0,2. IJn tel blindage est très efficace et réduit dans l'ensemble de 30 Ó environ les pertes thermiques au niveau du capteur. I1 faut de plus souligner que le capteur et ses éléments rayonnent beaucoup du fait que leurs surfaces absorbent une grande quantité d'énergie solaire dans un spectre aussi grand que possible et que par ailleurs leur température augmente beaucoup. Conformément à la loi qui régit le rayonnement d'un corps noir, ces surfaces très absorbantes du capteur rayonnent fortement et en particulier dans l'infrarouge. La surface réfléchissante 25 du blindage renvoie aussi vers le capteur une partie considérable de ce rayonnement. Il faut enfin souligner que, du fait de la structure du blindage, il y a moins de pertes par transmission de la chaleur des éléments du capteur par conduction à l'air ambiant. La surface 25 du blindage arrête en grande partie le courant d'air de convection, de sorte que l'air qui stagne plus ou moins sous cette surface peut devenir très chaud, ce' qui a pour effet de réduire le gradient de température près de la surface périphérique du capteur et de ses éléments ainsi que par conséquent la transmission de chaleur. au milieu ambiant. I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, le groupe 13 de réflecteurs terrestres peut ne pas entourer complètement la tour, le côté sud de cette dernière n'en comportant pas. Dans ce cas, le capteur Il peut ne pas comporter de conduites outuyaux 16 du côté du sud, et il est inutile que la surface interne du blindage soit réfléchissante en face de cette partie des capteurs. REVENDICATIONS 1. Four solaire comportant un ensemble de réflecteurs qui renvoient les radiations solaires vers un capteur qui en absorbe et en transforme l'énergie, caractérisé par un blindage qui, monté sur le capteur, arrête et renvoie directement sur celui-ci les radiations qu'il réfléchit.. 2. Four solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur, dont la conformation est dans l'ensemble cylindrique, est placé plus haut que l'ensemble des réflecteurs qui lrentourent entièrement ou partiellement, et le blindage, qui est tronconique, entoure sa partie haute. 3. Four solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle au sommet du cône correspondant au blindage tronconique est compris entre 60 et 1200. 4. Four solaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que la grande base inférieure du blindage tronconique est à un niveau inférieur à celui d'un plan horizontal passant par le milieu du capteur. 5. Four solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface qui réfléchit directement vers le capteur son rayonnement est en acier poli. 6. Installation destinée à transformer l'énergie solaire et comportant un ensemble de réflecteurs qui dirigent les rayons solaires vers un capteur destiné à en absorber les radiations, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe poli qui est agencé et orienté de manière à renvoyer directement sur le capteur le rayonnement réfléchi par ce dernier. 7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que ledit organe contourne le capteur, mais forme une cavité dans laquelle passe vers ce dernier le rayonnement provenant des réflecteurs. 8. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le capteur est placé au sommet d'une tour, sa partie supérieure supportant elle-même l'organe réflecteur poli qui est un blindage. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le blindage est tronconique. 10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'angle au sommet du cône correspondant au blindage tronconique est environ de 900.