Brevet FR2459947A1 — publié le 19810116

Secteur technique concerné. Cette invention concerne le domaine des instruments du type "capteur solaire" et plus généralement les moyens de récupération d'énergie rayonnante pour le transmettre à un fluide. Etat technique du secteur. Actuellement les moyens existants de récupération de l'énergie solaire utilisent l'effet dit de "serre" à partir d'un système plan, ce qui présente les inconvénients suivants - Importance de la surface affectée à l'installation (sur face perdue) ou assujetie à des servitudes (murs aveugles) - Difficulté d'isolation du materiel due à la surface pour éviter les déperditions d'énergie. - Le stockage du fluide chauffé suppose la mise en place d'un moyen intermédiaire. - Rendement variable du système ; la quantité de rayonnement interceptée variant avec l'heure du jour (sauf système mobile) * Les résultats obtenus par l'invention Au niveau de l'encombrement -Possibilité de dégagement de la surface au sol -La sphère solaire étant composée sur toute sa surface d'un système uniforme de captation d'énergie l'isolation thermi que est réalisée naturellement, seuls les conduits récupé rant le fluide chauffé doit faire l'objet d'une isolation, le rendement de l'ensemble est donc optimise. -Le noyau de la sphère étant rempli en permanence du fluide en cours de chauffage, le système assure de lui-meme une fonction de stockage réduisant l'inertie de la mise en oeuvre. -La fonction de récupération étant assurée de façon uniforme sur l'ensemble de la surface de la sphère (sauf arrivée et départ du fluide) la quantité d'énergie récupérée sera identique à toute heure du jour (à ensoleillement constant (voir PL III). L'adjonction d'un miroir pour permettre l'in solation de la "face cachée" est un moyen d'augmenter le rendement global, et de plus, indépendant du système fluide. Composition de l'appareil - Un ensemble de sphères fixes concentriques permettant la circulation du fluide, son stockage et son réchauffement par un réseau de tubulures. - Un ensemble de cônes tapissant la surface extérieure de la sphère assurant l'effet de "serre" et la concentration du rayonnement sur la paroi de la sphère. - Un miroir réfléchissant mobile pour assurer l'insolation de la surface cachée. - Un pied supportant l'ensemble et permettant l'arrivée et le départ du fluide. - Fonctionnement Coté fluide PL I/5 et II/5 Un tube d'arrivée liquide (A) permet au fluide (1) d'être introduit au centre de la sphère interne (B) par plusieurs orifices (2). La surpression ainsi créee dans la chambre (3) entraine un passage du liquide dans les tubes (C) uniformé ment répartis en surface de la sphère. La vitesse du liquide (4) accélérée au passage dans ces tubes assure une perte de charge équilib-rant parfaitement la distribution (5) sur la surface interne de la sphère (D). Ainsi détendu en sortie d'étude (C), le liquide absorbe le maximum de calories trans mises de la surface externe à la surface interne de la sphè re (D) constituée par un matériau parfaitement conducteur. La sphère intermédiaire (E) munie d'orifices calibrés assu re le retour du fluide (6) entre (E) et (B). Ce dernier sera ensuite collecté en plusieurs points afin d'être ramené par les tubes (F) au collecteur retour (G). Le fluide introduit en (1) sujet à une élévation de tempéra ture due à la récupération de l'énergie solaire ressort en (9) directement utilisable aux diverses applications. Coté solaire PL 1/5 et II/5 Le rayonnement solaire (10) permet une insolation directe de toute la surface délimitée par un cercle composé par les rayons externes (13). Ceux-ci traversent un film transparent (I) avant d'atteindre soit directement soit indirectement à l'aide des cônes réfléchissants (H) la surface externe de la sphère conductrice (D) recouverte d'un revétement noir mat. Les rayons délimités par le cercle externe (12) et le cercle interne (13) sont réfléchis sur un miroir annulaire convexe afin d'insoler la face arrière de la sphère selon un mode identique à la description précédente. Ce miroir (J) mobile est orienté en fonction des deux états angulaires de la position du soleil à l'aide des systèmes (K) et (L). L'ensemble technique extrémement compact et au demeurant esthéti que, permet d'obtenir une surface insolée constante quelque soit la position du soleil, avec un minimum de perte d'énergie. Le tube (G) sortant de la sphère et servant également de support à celle-ci est le seul élément nécessitant un calorifugeage.Le film transparent (I) évite toutes pertes calorifiques dues aux inten péries (pluie, vent). Les chambres (M) assurent un effet de serre entrainant ainsi un gradient thermique croissant du film extérieur vers la surface de la sphère. L cônoe (H) permettent par conver gence d'obtenir un effet de concentration du rayonnement sur la surface absorbante (11) et participent par leur masse au phénomè ne d'accumulation de l'énergie. L'échange calorifique à propre ment dit s'effectue au niveau de sphère (D).La sphère (B) réser voir liquide permet d'obtenir un effet de stockage des calories sans perte ; la migration calorifique ne pouvant s'effectuer que de la sphère externe (D) vers le centre. - Applications industrielles Quelques exemples Voir PL IV/5 et PL V/5 Fig. 1 Chauffage par circulation-d'eau chaude en utilisation directe du fluide. Fig. 2 Chauffage du sol pour les cultures en utilisation directe du fluide. Fig. 3 Séchoir à air chaud en utilisation de deux circuits a) circuit primaire à récupérateur de chaleur par la sphère solaire b) Circuit secondaire par pompe à chaleur pour le chauffage de l'air ventilé. Fig. 4 Chauffage de bassin par utilisation directe de l'eau chauffée. Toutes ces applications peuvent se réaliser soit avec une sphère sans miroir, ce qui permet un système à rendement constant sans aucune pièce mobile soit avec le miroir de réflexion orientable qui augmente le ren dement de l'ensemble. REVENDICATIONS Moyen de récupération d'énergie rayonnante par concentration réchauffement et stockage d'un fluide. 13 Concentration du rayonnement assurée par un ensemble de cônes réflessichant recouverts, ce qui permet de densifier le rayon nement insolant la sphère contenant le fluide et de maintenir le rendement constant sans pièce mobile. 2) La caractéristique précédente appliquée à la sphère alimentée en fluide permet une élévation de température et une fonction de stockage sans déperdition : l'isolation étant assurée par le réseau de cônes réflechissant. 3) Le miroir mobile associé aux caractéristiques précédentes permet l'amélioration de rendement.