Brevet FR2455313A1 — publié le 19801121

La présente invention a pour objet, à titre de produit industriel nouveau, un dispositif qui reçoit des rayons de radiations parallèlou,resaue narallèles paraîlèles/ét les détourne en les concentrant dans un endroit fixe de l'espace entourant le dispositif même si la direction des rayons v ou OU Dresaue parallèles parallèles reçus varie. Elle s'applique aux techniques de captation de l'énergie solaire, de I1 optique et de l'astronomie, ainsi qu'aux techniques de repérage de position ou guidage de corps terrestres par pointé sur des sources radiatives lointaines. Ce dispositif est remarquable en ce qu'il comporte l'associa- ou nrescrue parallèles tion d'un système optique de concentration des rayons parällèles/ reçus puis émergeant dans un champ de l'espace où se forment les focales correspondant aux directions variées des radiations captees et qui contient le volume spatial où la concentration stabilisée est souhaitée, d'un équipage support du système optique précédent mobile en rotation dans un mouvement a un seul degré de liberté qui permet au faisceau émergeant du système optique de balayer une portion du champ limitée par une position de repos correspondant à une butée,d'un système de rappel élastique ramenant l'équipage dans sa position de repos en l'absence de couple contraire, d'un écran placé dans le champ de balayage radiatif, d'une sonde thermostatique à dilatation sensible à la température ambiante et à l'action des radiations absorbées par la surface extérieure de son enveloppe qui par sa forme, sa taille et sa position derrière l'écran coupe tous les faisceaux radiatifs concentrés émergeant du système optique dans la portion du champ balayé dans le mouvement de l'équipage mobile limitée d la position de repos et à la position du volume de concentration stabilisée, d'une sonde thermostatique à dilata ou les radiations diffuses tion sensible uniquement à la température ambiante, d'un système de relais différentiel combinant les impulsions de dilatation des ou des radiations diffuses deux sondes en éliminant l'effet de la temperature ambiante, d'un système de commande du mouvement de l'équipage support mobile lié au relais différentiel et écartant l'équipage support de sa position de repos en le repoussant vers la position de concentration stabilisée quand le faisceau émergeant balaye la sonde thermostatique absorbante, des organes de transmission de l'énergie dépla- çant l'équipage support et le système optique sur ordre du système de commande par un effort contraire à celui du système de rappel élastique, du bâti général portant l'ensemble des éléments associés précédents. Ce dispositif est aussi remarquable par le fait que le système optique de concentration peut être du type réfléchissant à miroir concave, ou réfractant à dioptre ou lentille convergente, ou réfléchissant à miroirs plans multiples à normales perpendiculaires à une même droite. Dans chacun de ces cas, l'équipage support mobile est adapté au système optique et comporte un ou plusieurs axes de rotation parallèles intégrés à l'équipage ou au bâti général. I1 en est de même du système de rappel élastique et des organes de commande et de mouvement qui peuvent être de type mécanique, électrique, à pression et mouvements de fluides, à action directe ou asservie. Ce dispositif est par ailleurs remarquable par le fait que sous la forme de l'invention correspondant à l'emploi de miroirs plans multiples, l'équipage support du système optique est composé de berceaux élémentaires pour chaque miroir qui peuvent pivoter autour d'axes parallèles entre eux, et de-tSingleries à narallélo- successifs, ou m,Scanlaues grammes articulés dé---systemesélectromagnétiques ou hydrauliques de positionnement équivalent reliéshaux berceaux en maintenant constants les écarts angulaires relatifs des orientations des miroirs pendant la rotation simultanée des berceaux et en autorisant une rotation égale de tous les miroirs actionnée par les organes de transmission asservis au relais différentiel. Ce dispositif est encore remarquable en ce qu'il peut comporter à la place des sondes thermostatiques et du relais différentiel adapté et en association avec les autres éléments précédemment décrits et inchangés, deux éléments photoélectriques sensibles dont l'un est placé dans le champ de balayage des faisceaux émergeants et l'autre en dehors, un relais différentiel électrique ou électronique éliminant l'importance de la luminosité moyenne non concentrée et actionnant le système de commande de l'équipage mobile, un dispositif d'alimentation électrique de ce relais. Ce dispositif est de même remarquable par le fait qu'il peut recevoir soit dans le relais différentiel, soit dans le système de commande du mouvement d'équipage support, soit dans les organes de transmission de mouvement de l'équipage, un système de commande prioritaire d'un type courant, mais asservi à un organe extérieur d'impulsions qui annule l'effet de celles du relais différentiel intégré et place l'équipage hors de la position de concentration stabilisée. Ce dispositif est toujours remarquable par le fait qu'a ses éléments de base peut être associé en plus un système comportant une barre se pointant vers l'axe radiatif dans là direction des rayons lumineux reçus comme troisième côté d'un triangle de tringleries articulées, formé de cette première barre tournant autour de l'axe de rotation de l'équipage mobile du système optique,d'une deuxième barre fixée rigidement à cet équipage et parallèle à l'axe optique du système optique, d'une troisième barre articulée à ses extrémités sur la première barre et sur un coulisseau de translation glissant sur la deuxième, triangle déformable par le jeu du et coulisseaulassujetti à rester égal et symétrique à un triangle égal composé de la deuxième barre fixée à l'équipage et parallèle à l'axe optique, d'une quatrième barre fixe passant par l'axe de rotation de l'équipage et le centre du volume de concentration stabilisée se trouvant dans le plan des tringles; d'une cinquième barre articulée à ses extrêmités sur la quatrième et le coulis seau du premier triangle. Ce dispositif est enfin remarquable par le fait que sous sa forme utilisant des systèmes optiques cylindriques à volume de concentration stabilisée cylindrique, il peut être combiné avec lui-même en un système assurant le pointe total vers la source radiative en azimut et hauteur et qui est compose de deux dispositifs élémentaires à champs à plans croisés dont le premier a un b ti orientable sur pivot dont l'axe est parallèle à l'axe de rotation de l'équipage support du second et dont le second assure l'orientation du premier en azimut jusqu-'à ce qu'il soit face à la source radiative par asservissement du mouvement de son bâti à son propre mouvement avant stabilisation du faisceau concentré soit par châssis et pignon, soit par parallélogramme de barres articulées, soit par système hydraulique ou électrique équivalent. Ce dispositif peut être utilisé pour concentrer l'énergie solaire sur un capteur thermique ou photovoltalque placé dans son volume spatial de concentration stabilisée indé-endamment de la course diurne ou saisonnière du soleil quels que soient la hauteur et l'azimut de base. Ce volume peut être de formes variées telles que groupées autour d'un point ou entourant un axe rectiligne principal si le système optique est cylindrique.Le dispositif peut aussi servir d'actionneur ou de relais actionneur pour braquer perpendiculairement à la direction du soleil ou à son plan de hauteur un autre système de captation de l'énergie solaire afin de maximiser le flux radiatif coupe. I1 peut assurer des fonctions analogues dans les autres domaines utilisant les techniques de l'optique à base de pointé sur une source radiative de rayons parallèles entre eux. I1 s'agit d'un perfectionnement important aux systèmes actuels de captation d'énergie car il est susceptible de fonctionner sans source d'énergie auxiliaire. Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre indicatif et nullement limitatif en se référant aux dessins annexés La figure 1 présente l'invention dans son ensemble avec un exemple d'ondes lumineuses focalisées de façon stable par un mi ou roir cylindrique à base parabolique5circulaire. La figure 2 représente la coupe type de l'invention avec un exemple d'ondes lumineuses concentrées dans le champ de balayage avant stabilisation. Les figures 3, 4, 5, représentent différentes formes de l'inven- tion avec des systèmes optiques différents. La figure 6 représente l'invention avec des cellules photoélectriques. La figure 7 représente le perfectionnement assurant la matérialisation de pointe vers la source radiative. La figure 8 représente la combinaison de deux dispositifs assurant le réglage face à la source du deuxième grâce au perfectionnement suivant figure 7. Selon les figures 1 et 2, le miroir cylindro-parabolique 1 est fixé sur le support 2 qui forme équipage pivotant autour de l'axe 3 par rapport au bâti 12. Il concentre les rayons reçus de la source mobile 16 quelles que soient leurs orientaMions 17 et 18 en faisceaux convergents 14 ou 19 plus ou moins focalisés dans un champ défini angulairement suivant les lois de la physique par l'angle 15. Quand ce faisceau convergent n'est pas émis vers le volume de concentration 14, lequel est dans la forme décrite non limitativement de l'invention cylindrique à base focale, il est coupé par la surface absorbante 7 de la sonde thermostatique sensible 6 à-liquide d'expansion.L'énergie radiative du faisceau 19 absorbée par la surface 7 est transformée en chaleur transmise au liquide qui repousse le piston de la sonde et sa tige support. Cette tige repousse l'une des bielles 9 articulées sur les pivots 21 fixés au bâti 12 et entraîne la bielle différentielle 10 contre le ressort de compression 4 formant système de rappel en entrainant la tige 11 qui forme système de commande de l'équipage 2 par le pivot 22 excentré, organe de transmission de l'énergie de dépla cement. L'excentrement du pivot 22 fait tourner l'équipage et le système optique 1 autour de l'axe 3 d'un angle moyen a dans le champ 15 et suivant les lois de la physique, le faisceau 19 tourne d'un angle double. Tant que sa focale est coupée par la surface 7, le mouvement se poursuit jusqu'à ce que l'écran 5 l'intercepte à la linite de la portion de champ 16. lors, la sonde se refroidit légèrement et le faisceau repart en sens inverse en recoupant la surface 7.Par de petites oscillations angulaires alternatives autour de la limite 16, le faisceau reste convergent et stabilisé dans la direction de cette limite où se trouve le volume 14. Si la source 16 se déplace, sa hauteur astrale par rapport au bâti 12 varie, mais le dispositif maintient son image en 14. L'énergie radiative peut être utilisée en 14 par le système de transformation 15 qui peut être d'un type quelconque fixe sur le support 13. Cette stabilisation dépend en fait de la position angulaire au repos du dispositif dans le champ en 1t absence de source 16, par action conjuguée du système de rappel 4, de la bielle 10 différentielle et de la limite de course mécanique de l'équipage 2. La sonde 8 hors du champ de 19 est sensible à la température ambiante qui agit aussi sur la sonde 6. Si la température ambiante varie, la bielle différentielle 10 et les bielles 9 sur pivots 21 sont déplacées par les deux sondes de telle façon que la position d'accrochage de la tige 7 et du ressort 4 reste invariable suivant les lois de la cinématique des leviers et de la dilatation. Le mouvement du dispositif est ainsi indépendant de la valeur de la température ambiante et par voie de conséquence, du rayonnement diffus ambiant. Selon la figure 3, le système optique est un miroir concave à double courbure 1 à volume de concentration 14 plus réduit dans l'espace. L'écran 5 peut être fixé sur le miroir ou son équipage par le bras 24 au lieu d'être fixe et le système différentiel rap- proche alors l'écran 5 de la position 14 dans un mouvement angulaire opposé au déplacement du faisceau l. Le système de récupé- ration 15 est alors très petit et soumis à une intense radiation quelle que soit la position de la source mobile 16. Selon la figure 4, le système optique est une lentille réfringente 1 à écran mobile 5 suivant le mouvement de l'équipage mobile 2 dans le mouvement commandé par la bielle 10 et transmis par la tige 11 et son pivot excentré. On peut régler l'angle de stabili sation de la lentille par rapport à la direction de la source par le réglage d'orientation du bras 24 sur l'équipage 2. On peut en particulier amener la source dans l'axe optique de la lentille si l'écran 5 est dans son prolongement. Selon la figure 5, le système optique est un jeu de miroirs plans ou cylindriques du type héliostat à calages angulaires relatifs constants par le jeu des parallélogrammes articulés formés par les tringles 25 et les coudes des axes 3 ou tout système équivalent. Le reste du dispositif est celui de la figure 1. Selon la figure 6, le système ontique est celui de la figure 5, mais le système radiatif sensible est formé d'un montage linéaire d'extrêmités captantes des fibres optiques 26 sur un support. Les extrémités opposées des fibres sont rassemblées devant la cellule photoélectrique 27 qui reçoit aussi l'addition des rayons lumineux concentrés du faisceau 14 et des rayons lumineux diffus de l'espace. Seuls ces derniers sont reçus par la cellule photoélectrique 28 dont l'organe sensible est défilé du faisceau 14. Les deux cellules actionnent par un relais différentiel 9 et un relais de puissance 10 contrôlant un actuateur 11 du type avec tige de transmission formant crémaillère sur des secteurs crantés 12 fixés aux équipages.L'énergie d'asservissement électrique, pneumatique ou fluidique est délivrée par la source 30 et une commande supplémentaire d'interruption d'action 32 permet d'écarter le faisceau 19 du volume 14 à partir d'un système prioritaire de commande 31. Selon la figure 7, la tige de coulissement 34 fixée suivant l'axe optique du système optique cylindrique 1 porte le coulisseau 38 sur lequel sont articulées les barres de longueur égale 35 et 36. La barre 35 est articulée sur l'axe fixe 33 et la barre 36 sur la barre .37 qui pivote aussi dans le prolongement de l'axe 3, la longueur de la barre 37 étant égale à la distance de l'axe 3 à l'axe 33. Ainsi, les angles des barres 37 et 34 d'une part, de la direction 3-33 et de la barre 34 d'autre part, restent égaux quand l'équipage 2 tourne autour de l'axe 3. En fin de stabilisation, les rayons radiatifs sont renvoyés sur le volume 14 dont le tracé sur le plan de la figure 7 est confondu avec l'axe 33. Celui qui passe par l'axe 3 est réfléchi avec un angle égal à celui d'incidence suivant les lois de l'optique, et la trace du rayons d'incidence sur le système optique cylindrique correspondant est dans le prolongement de la barre 37 dès lors que l'axe 3 est centré sur le sommet optique du miroir. Tout ensemble de barres parallèles aux barres 34, 35, 36 et 37 définit de façon semblable la direction de la source sous l'impulsion du système différentiel 10. Selon la figure 8, un premier dispositif breveté dont les élé- ments sont reconnaissables suivant nomenclature de la figure 1 actionne le perfectionnement selon nomenclature de la figure 7.I1 est sur un bâti fixe 12 Le deuxième dispositif est sur un bâti mobile 42 monté sur un axe de rotation 46 non perpendiculaire à l'axe 3 du système optique 1 du premier dispositif. Le bâti 42 camporte un point de rotation 45 d'un axe extérieur.Une barre de transmission 40 articulée au point 45 et sur la barre 37 ou son prolongement 39 communique le mouvement de cette barre 37 comman- dé par le premier dispositif, au bâti 42 et donc au deuxième dispositif lequel se trouve ainsi placé dans une position d'orientation prédéterminée par rapport à la direction de la source suivant les orientations relatives des axes 3 et 46 et suivant la longueur de la barre 40, de la distance du point 45 à l'axe 46, du point d'articulation de la barre 40 sur la barre 37 à l'axe 3. En particulier, si les axes 3 et 46 sont parallèles, et si le quadrilatère passant par l'axe 46, le point 45, la barre 40 et la barre 37 est un parallélogramme plan déformable, l'axe 43 du système optique 41 du deuxième dispositif est amené en position perpendiculaire à la direction de la source radiative Le deuxième dispositif concentre alors le flux radiatif incident dans le volume 44 avec une grande intensité. EVEND ICAT IONS 10 Dispositif à système optique mobile en rotation autour d'un axe lié à un châssis et concentrant les rayons émis par une source mobile en un faisceau convergent avec une orientation variable qui stabilise en une position fixe prédéterminée de l'espace la focale image de la source mobile à travers le système optique, par balayage d'une sonde sensible aux rayons du faisceau dans un champ limité par un écran et par contre réaction sur le châssis et le sunport du système optique d'un système de commande différentiel asservi à la sonde et actionnant la rotation du support du système optique directement, indirectement, avec ou sans asservissement d'une source extérieure d'énergie de mouvement. 20 Dispositif selon la revendication 1 carectérisé par le fait que la sonde et le système différentiel associes sont du type thermostatiques à dilatation avec équilibrage ou amplification mécaniques ou électriques ou fluidiques ou mixtes. 30 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la sonde et le système différentiel associés sont du type à cellules photoélectriques avec équilibrage ou amplification électriques ou électroniques ou fluidiques ou mixtes. 40 Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé par le fait que le système optique est formé par un système réfléchi s- sant concave à double courbure ou par un système à réfraction conversent ou par un système mixte et par un support formant équipage mobile autour d'un axe ou d'une rotule fixés. 50 Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé par le fait que le système optique est formé par plusieurs éléments re fléchissants plans ou cylindriques concaves ayant une direction commune de génératrices parallèles et par des équipages individuels supportant ces éléments à axes de rotation liés au châssis, parallèles entre eux et à la direction commune, et que la liaison entre les supports est formée d'éléments mécaniques en parallélogrammes fluidiques ou électriques organisés de façon telle que les normales principales aux éléments réfléchissants tournent toujours d'un même angle à partir de leurs calages angulaires relatifs lorsque les rayons sont concentrés sur la position fixe prédéterminée de l'espace. 60 Dispositif selon la revendication 1 ou 2 ou 3 ou 4 ou 5 carac térisé par le fait que les systèmes optiques sont rappelés en une position de repos autre que celle correspondant à la stabilisation du faisceau émergeant sur la position fixe prédéterminé par un système de rappel individualisé et qu'un système de commande prioritaire intercalé entre le système différentiel et le système optique permet d'interrompre les ordres de mouvement des sondes et de maintenir le système au repos. 70 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait qu'un ensemble de deux triangles égaux et symétriques de cinq bases articulées ayant entre elles un côté commun parallèle à l'axe optique du système optique et déformables par coulissement d'un sommet commun sur l'articulation sur cette parallèle d'axe optique équipée d'un coulisseau quand un côté de l'-un des triangles est lié au châssis dans une direction parallèle au plan passant par l'autre sommet commun et le centre du volume de concentration fixe prédéterminé, pointe le côté de l'autre triangle symétrique du côté lié au châssis du premier triangle vers le plan parallèle à l'axe de rotation de l'équipage support du système optique et à la direction des rayons émis par la source. 80 Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait que le côté du triangle qui pointe vers la source entraîne, par un système de renvoi conservant les angles de rotation appropriés, le châssis d'un dispositif semblable dans un mouvement de rotation angulairement égal autour d'un pivot d'axe de rotation parallèle à celui de l'équipage support du système optique du dispositif de commande et présente l'axe optique du système optique du dispositif commandé dans le plan de la source perpendiculaire.à l'axe de rotation du système optique du dispositif commandé.