Brevet FR2412859A1 — publié le 19790720

La présente invention a pour objet un dispositif optique destiné à remplacer les éléments en verre plein, tels que les lentilles ou loupes convergentes ou divergentes, ou les prismes, constitués par un matériau homogène, ainsi que ses applications à la solution de divers problèmes techniques. Dans de nombreux appareils de grandes dimensions, notamment, l'utilisation dtélé ments convergents ou divergents en verre ou analogue se heurte, dans la pratique, à de très grandes difficultés, sinon à une impossibilité, du fait de leur prix et/ou de leur poids. Le dispositif optique suivant l'invention est constitué par une ou une pluralité de cellules fermées, caractérisé par le fait qu'elles sont composées d'une enveloppe transparente, remplie complètement par un liquide ou gel transparent, la forme de lten- veloppe étant de préférence telle que la cellule produit des effets de convergence ou d#ivergence, du fait qu'elle dévie dans un sens voulu le trajet des rayons lumineux ou. calorifiques qui la traversent, grâce au coefficient de réfraction du remplissage.Elle peut notamment être une surface de-révolution ou une surface cylindrique. L'enveloppe transparente peut être en toute matière transparente appropriée, de-préférence rigide, par exemple en verre ou en matière plastique. Le remplissage pourra être coloré ou non.- Dans une forme de réalisation, une cellule peut être constituée de deux coquilles assemblées par leurs bords au moyen d'un joint étanche. On peut également prévoir suivant l'invention un dispositif composé de plusieurs cellules convergentes ou divergentes juxtaposées, réalisées au moyen de deux plaques comportant dés bossages ou déformations juxtaposées, entre lesquelles se trouve le liquide transparent, ces plaques étant assemblées de manière étanche par leur pourtour.- L'enveloppe du dispositif optique ainsi constitué peut comporter des orifices obturables permettant le remplissage en liquide transparent ou le changement de celui-ci. Le dispositif suivant l'invention peut recevoir un grand nombre d'applications I.- Meilleure utilisation de la chaleur solaire pour le chauffage de fluides, ou l'obtention d'électricité par voie photo-voltai#que. II.- Amélioration de l'éclairage naturel ou artificiel de tous locaux, généralement amélioration des conditions d'isolation thermique. III.- Création ou amélioration de dispositifs concernant 1 enseignement - IV.- Création ou amélioration de dispositifs concernant la colorimétrie, la décoration des édifices, les sports, la publicité, et d'une manière générale la qualité de vie. C'est ainsi qu'il peut être utilisé pour la captation de l'énergie solaire, soit de manière à concentrer les radiations pour obtenir de l'eau à une température relativement élevée, soit pour améliorer le rendement des capteurs du commerce. - A titre d'exemples et pour faciliter l'intelligence de la présente description on a représenté aux dessins annexés Figures 1 et 2, des vues schématiques respectivement, en coupe suivant la ligne I-I de la figure 2 et en plan, d'une coquille sphérique;; Figures 3 et 4, des vues respectivement en coupe suivant la ligne 111-111 de la figure 4 et en plan d'une coquille de forme générale cylindrique ci-après dite linéaire; Figure 5, la vue en coupe d'une cellule convergente formée de deux coquilles et remplie d'un liquide; Figure 6, la vue en coupe d'une cellule analogue divergente; Figure 7 > la vue schématique en coupe d'une cellule prismatique; Figure 8, la vue schématique en coupe verticale d'un élément de capteur de chaleur ou énergie électrique solaire suivant l'invention; Figure 9, la vue schématique en coupe verticale d'un capteur de chaleur ou énergie électrique solaire comportant une série de cellules suivant l'invention; Figure 10, la vue schématique en coupe verticale d'un dispositif suivant l'invention servant à ltéclairage de locaux;; En se reportant à la figure 5, on voit que la cellule d'un dispositif suivant l'invention peut être constituée de deux coquilles transparentes t, 2 telles que celles représentées aux figures 1 et 2 par exemple en verre ou en une matière plastique transparente, de forme sphérique ou plus ou moins ellipsoîde, assemblées par leurs bords au moyen d'un joint étanche 3.L'espace situé entre les deux coquilles est rempli d'un liquide ou gel transparent 4, coloré ou non, de l'eau par exemple. Dans le cas où les coquilles sont en matière plastique elles peuvent également être rejointes sur leurs bords par soudure ou moulage, des ouvertures obturables ayant été prévues pour le remplissage de liquide, ou son remplacement. Si, dans le schéma de la figure 5, on supprime la coquille supérieure, en maintenant bien horizontal le profil supérieur de la coquille restante remplie de liquide, on obtiendra à prix réduit un système optique plan convexe.On aura intérêt dans ce cas à utiliser un miroir plan pour rabattre à la verticale les rayons solaires.- Les dispositifs indiqués aux figures 5 et 6 restent utilisables si l'on emploie des coquilles linéaires du type représenté schématiquement aux figures 3 et 4, ou 9. Elles peuvent alors être constituées de deux gouttières (comme celle représentée aux figures 3 et 4j assemblées par leurs bords latéraux et fermées à leurs extrémités; la figure 5 correspond alors à une vue en coupe transversale d'un tel dispositif . - Plusieurs éléments "linéaires" peuvent être juxtaposés. Le dispositif peut être alors constitué de deux plateaux comportant des bossages cylindriques parallèles, plateaux soudés de manière étanche sur leur pourtour et comportant, comme dit ci-dessus, des orifices obturables pour l'introduction ou le changement du liquide intercalaire. On peut même constituer ce dispositif optique par une juxtaposition de tubes, de section ovoïde, assemblés côte à cote. - Le dispositif représenté aux figures 1 à 5 est convergent; mais on peut suivant l'invention, établir suivant le même principe des dispositifs divergents. Dans l'exemple de réalisation de la figure 6, la cellule est constituée de deux coquilles concaves 5 et 6 dont les bords sont réunis grâce à une partie cylindrique 7, avec interposition de joints étanches circulaires 8. Entre ces coquilles 5 et 6 qui peuvent être en verre ou en matière plastique, se trouve le liquide ou gel de remplissage 4. Les dispositifs optiques convergents ou divergents ainsi constitués peuvent trouver de nombreuses applications, car ils permettent notamment de réaliser des éléments de grandes dimensions sans que le coût soit excessif.En particulier, ils peuvent servir à résoudre, dans des conditions économiquement acceptables, certains problèmes qui se posent pour l'utilisation de l'énergie solaire, notamment pour le chauffage de l'eau ou pour l'obtention d'électricité au moyen d'éléments photo-voltaiques.- On sait que, surtout dans les pays à température modérée, les capteurs solaires ne permettent d'obtenir habituellement de l'eau chaude qu'à une température de l'ordre de 500 à 600. Les dispositifs optiques établis conformément aux figures schématiques 1 à 5 permettent ici une application avantageuse.Dans l'exemple de réalisation d'un capteur solaire représenté à la figure 8, on a ainsi prévu qu'il comporte un - ou plusieurs éléments cap teurs, composé d'une cellule optique linéaire 10, c'est-à-dire formée de coquilles du genre de celle représentée aux figures 3, 4 cette cellule étant montée à l'entrée des radiations dans un car ter 11, revêtue d'un isolant 16. Les radiations rendues convergentes par leur passage à travers la cellule 10 sont reçues à travers une paroi transpa rente 13 dans un absorbeur formé d'un tube métallique 12 de sec tion de préférence rectangulaire; si l'on cherche à recueillir la chaleur solaire le capteur sera peint en noir et servira à la circulation du fluide capteur de chaleur;Si on cherche à obtenir de l'électricité, le tube capteur servira de support aux tablettes porteuses du produit, tel qu'un composé de silicium ou tout autre doué de propriétés photo-voltaïques. On sait que la quantité d'élec- tricité produite est proportionnelle à la superficie de la surface capteuse, et à l'intensité de l'éclairage incident. Dans le cas de l'utilisation de la chaleur, l'étranglement du pinceau lumineux donnera une température sur le capteur très supérieure aux 50 ou 60 degrés centigrades obtenus par les capteurs actuels à effet de serre.Dans le cas de l'utilisation de l'électricité photo-voltaique l'intérêt du procédé suivant l'invention dérive de l'augmentation d'intensité du flux lumineux à surface égale du produit photovoltaïque; donc moins de dépense d'investissement pour un produit actuellement très coûteux. Le carter Il sera prolongé en 14 pour protéger le capteur; sa surface interne devra être réfléchissante; la surface extérieure de 14 sera calorifugée. On peut remplacer la cellule optique de la figure 8 par un ensemble de cellules linéaires formées de deux plaques de matière plastique transparente, ainsi qu'il est représenté à la figure 9. Dans cette variante, l'élément optique suivant l'invention est constitué par deux plaques 17, 18 comportant des bossages cylindriques parallèles à l'intérieur desquels se trouve le liquide de remplissage 4. Chacun des bossages est suivi dans cette variante de parois 19 aboutissant aux absorbeurs 20. Les dispositifs optiques sont disposés dans un carter 32 comportant un garnissage calorifuge.On peut prévoir une charnière 33 servant à présenter le dispositif dans la direction des rayons solaires incidents. Il est à conseiller, pour obtenir le rendement maximum, d'orienter soigneusement les dispositifs figurés aux figures 8 et 9 de manière que les cellules optiques linéaires et les tubes capteurs soient exactement parallèles à la direction est-ouest d'une part et que d'autre part, l'axe moyen de la cellule optique et du capteur soit orienté vers la position du soleil à midi.- De nombreuses autres applications de l'invention peuvent être prévues. C'est ainsi que l'on peut utiliser une ou plusieurs cellules pour la diffusion sous forme de nappes divergentes des rayons lumineux parallèles reçus par la baie d'un local.Par exemple dans la figure 10 > on a représenté un oeil de boeuf comportant une cellule divergente de grandes dimensions établie suivant le principe de la figure 6. Dans cet exemple, la cellule contenant un liquide 30 est constituée de deux coquilles concaves 28,29 en verre ou en produit plastique transparent dont le pourtour correspond au dessin de l'oeil de boeuf, et qui sont réunies, sur leurs bords, par un anneau cylindrique 31 qui leur est relié par un joint étanche ou une soudure (non représentés). On peut prévoir des orifices obturables pour le remplissage en liquide (non représentés). Le faisceau de rayons parallèles est alors diffusé à l'intérieur sous forme de faisceau divergent.Il est à remarquer que pour une telle application, la cellule représentee à la figure 10 pourrait être remplacée par une pluralité de cellules associées. Les cellules optiques ci-dessus décrites peuvent égalément trouver de nombreuses applications telles que les suivantes - Etablissement de loupes de grand diamètre montées près d'une table de travail pour pouvoir lire en laissant les mains libres; ou pour éclairer mieux l'ouvrage auquel on travaille. - Construction éducative de divers instruments optiques.- - En inversant le schéma optique de la loupe présentée au soleil, obtention d'un faisceau lumineux parallèle à partir d'une source lumineuse ponctuelle; application aux phares et balises. - En utilisant le même schéma optique, mais en jouant sur la distance focale, obtention de rayons divergents propres à projeter sur un écran des schémas pédagogiques ou autres non mi niaturisEs.- On observera que dans les explications ci-dessus, l'ex- pression "dispositif optique" s'applique non seulement à la transmission de radiations lumineuses, mais aussi à celle de toutes radiations du même genre, telles que les infra-rouges qui accompagnent généralement les radiations purement lumineuses. Par ailleurs, la substance de remplissage peut être non seulement un liquide, mais un gel transparent. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif optique caractérisé par le fait qu'il est composé d'au moins une cellule fermée formant enveloppe, composée d'un ou plusieurs éléments transparents remplie -complète- ment d'un liquide ou gel transparent, la forme des parois étant telle que la cellule produit des effets de convergence ou divergence sur les rayons qui la traversent. 2.- Dispositif optique suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les parois sont en verre, les bordures des divers éléments constitutifs étant assemblés par joint étanche. 3.- Dispositif optique suivant la revendication 1, carac terse par le fait que les parois sont en matière plastique transparente, les bords étant soudés, des orifices obturables étant prévus pour le remplissage en liquide ou gel transparent. 4.- Dispositif optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à'3, caractérisé par le fait qu'il est composé d'une pluralité de cellules convergentes ou divergentes, réalisées au moyen de deux plaques en matière plastique, comportant des bossages ou déformations,entre lesquelles se trouve le remplissage transparent, ces plaques étant assemblées de manière étanche par leur pourtour.- 5.- Dispositif optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les parois de la cellule sont en forme de surface de révolution. 6.- Dispositif optique suivant l'une quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé par le fait que les bossages ou déformations sont de formes cylindriques juxtaposées. 7.- Capteur solaire comportant application de l'une quelconque des revendications t à 6, caractérisé par le fait que la face recevant l'irradiation est constituée par un dispositif optique suivant l'une quelconque desdites revendications 1 à 6, combiné avec un absorbeur parcouru par un fluide collecteur de chaleur.- 8.- Capteur solaire suivant la revendication 7, carac térisé par le fait que le dispositif optique concentre les radiations sur un absorbeur dont la surface est moindre que celle du dispositif optique. 9.- Dispositif pour la diffusion dans un local sous forme divergente de faisceaux de rayons lumineux parallèles, suivant l'une quelconque des revendications 1 a 6, caractérisé par le fait que la baie occupée par le dispositif optique comprend une ou plusieurs cellules divergentes suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel les radiations convergentes provenant des cellules sont reçues par des éléments photo-voltaïques.-