Brevet FR2468083A1 — publié le 19810430

La présente invention concerne un capteur solaire, avec un dispositif d'orientation comportant des miroirs à segments cylindriques et des miroirs plans. A l'heure actuelle, il existe différents types de capteurs solaires à miroirs, à lentilles, agissant par réflexion des rayons solaires sur des dispositifs ,soient transparents, soient solides, soient liquides; le point d'impact des rayons étant pour la plupart uniquement latéral, ce qui entraine un rendemant moyen. De plus les dispositifs d'orientation préconisés sont pour la plupart fonction uniquement de l'ensoleillement. La présente invention pallie à cet inconvénient par un rendement maximal obtenu par un dispositif comportant deux miroirs de segments cylindriques mis en opposition, lesquels font converger les rayons solaires reçus par l'intermédiaire de deux miroirs plans (1) et (2) dirigés à 450 sur l'axe de rayonnement solaire,sur un foyer-plan focal, ceci ayant pour résultat l'échauffement des tubes,puisque ceuxci seront placés sur le plan focal, et qui plus est, un échauffement sur la totalité de la surface des dits tubes par la bi-concentration des rayons solaires, bi-concentration obtenue par l'opposition des miroirs à segments cylindriques.Ce dispositif pourra, partant de ce principe initial ~ être multiplié pour obtenir une surface de chauffe maximale en variant d'une part le nombre des tubes lesquels sont des tubes communiquants et d'autre part , le nombre des miroirs à segments cylindriques Par ailleurs le dispositif d'orientation est tout à fait indépendant de l'ensoleillement, basé sur un système d'horlogerie, de cames, il est réglé pour varier suivant les latitudes,les saisons, les heures.. par l'intermédiaire de deux couronnes concentriques qui permettent par leur variation de hauteur de suivre la déclinaison solaire. La description du principe qui va suivre fera ressortir toutes les caractéristiques techniques apportées par la présente invention. Il est donné à titre indicatif,et pour une meilleure compréhension de la marche de ce capteur, la présentation de l'ensemble du système et son positionnement dans le dit ensemble :(figure 1) L'ensemble du dispositif est composé d'un circuit primaire chauffant et d'un circuit secondaire de réception calorifique et de transformation. Le circuit primaire fermé est constitué par un réservoir étanche (1) contenant un fluide caloriporteur à haut point d'ébullition,pouvant servir de vase d'expansion alimentant soit par un système de pompage (2),soit par gravité une série de tubes (3) communiquants entre eux disposés parallèlement et possédant un dispositif de vannes anti-retour (4). Ceci assurant une circulation toujours dans le même sens et une augmentation successive de la température d'un tube à un autre qui lui fait suite. La circulation du fluide caloriporteur aboutit à un récipient (5) thermiquement isolé ce qui permet la conservation de réserve des calories acquises. Le processus de circulation du fluide se poursuit en passant à travers un thermostat (6) régulateur pouvant diriger le fluide soit vers la chaudière (7), soit au retour,vers le réservoir (1). Le fluide arrivant dans la chaudière transmet à l'eau qui est à l'intrieur un nombre de calories tel, que celle-ci est transformée en vapeur ,déterminant ainsi le circuit secondaire d'utilisation de la dite vapeur sous toutes les formes d'énergies. Un contrôleur de niveau (8) à cellule photo-électrique permet une alimentation constante de la chaudière par l'intermédiaire d'un injecteur (9) à travers les tubes (10) passant pour être préchauffés par le système qui fait l'objet de la présente invention. Le réservoir (11) servant d'intermédiaire avec l'alimentation générale.(surchauffe de vapeur : tube (12). La caractéristique essentielle de la présente invention se situe d'une part au niveau de la bi-concentration des rayons solaires sur un ou plusieurs tubes situés dans le plan focal puisqu'il est conçu a segments deux miroirs cylindriques placés de telle sorte que la convergence des rayons est reçue sur chacun d'eux et réfléchis sur le plan focal, et d'autre part que ce dispositif est répété autant de fois qu'il est nécessaire pour porter la température au degré désiré. Cqmpte tenu que les deux miroirs plans suivront les dimensions nécessaires pour permettre la réflexion sur la série des miroirs à segments cylindriques, quelque soit leur nombre. I1 est précisé que la position des miroirs plans est telle qu'elle ne permet pas d'ombre portée d'un miroir sur l'autre.De plus, les miroirs à segments cylindriques opposés sont calculés de telle sorte que leur angle de réflexion convergent uniquement sur le plan focal concrétisé par le tube. On peut également prévoir un dispositif qui permette de changer la distance focale, ce qui permettrait soit d'élargir, soit de diminuer la largeur du foyer linéaire. La conséquence directe étant d'assurer une régularisation de la température incidente, et ce d'autant plus que les tubes situés sur le plan focal peuvent avoir des formes rondes rectangulaires, ovotides, dans le but d'obtenir une surface maximum à irradier, sans pour autant porter de préjudice au débit. L'orientation des capteurs et de l'ensemble du bâti qui détermine un dispositif de capteurs global est obtenue par la rotation d'un plateau circulaire supportant l'ensemble de l'appareillage. Ce plateau tourne autour d'un axe et sur des galets de roulement solidaires du bâti comportant les mécanismes d'orientation. Ce bâti est fixé de niveau à demeure, dans un plan parfaitement horizontal.Deux couronnes concentriques permettent par la variation de hauteur de suivre la déclinaison solaire. Une description détaillée fera ressortir les caractéristiques essentielles de ce dispositif d'orientation. I1 est donné à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation se référençant aux dessins ci-annéxes Figure 1 : Vue du capteur intégré à l'ensemble d'utilisation Figure 2 : Vue en plan du principe du capteur solaire Figure 3 : Vue en plan de l'ensemble du capteur Figure 4 : Vue en perspective de l'ensemble du capteur Figure 5 : Vue d'ensemble avec le dispositif d'orientation Figure 6 : Vue du dispositif d'orientation La présente invention est réalisée pour être intégrée à l'ensemble préalablement décrit en figure 1. La figure 2 représente le principe de base du capteur. Les rayons solaires sont captés au moyen de 2 miroirs (1) et (2) opposés à 900 par leur angle inférieur et dont l'angle médian est dirigé vers le soleil à 450 Leurs rayons réfléchis seront donc dirigés à 450 vers les mio roirs à segments cylindriques ,placés en opposition (3) et (4). Sur le trajet de ces rayons réfléchis à 900 et toujours en opposition, mais décalés verticalement d'une valeur égale à leur largeur se trouvent donc les 2 miroirs (3) et (4) de segment cylindrique et dont la corde est inclinée par rapport au rayon réfléchi des miroirs plans. Les rayons réfléchis secondaires par les miroirs (3) et (4) sont des rayons qui convergent sur un foyer commun (5) grâce à la courbure de ces miroirs (4) et (3). Le foyer commun (5) est concrétisé par un ou plusieurs tubes contenant un fluide du type glycerine. La chaleur solaire se trouve ainsi concentrée,à la manière d'une lentille convexe. L'ensemble ainsi constitué par les 2 miroirs plans (1) et (2) et les deux miroirs à segments cylindriques (33,(4) avec pour foyer le tube (5) peut être multiplié et monté en série de telle sorte que les tubes successifs communiquant entre eux peuvent augmenter en cascade la température d'un tube au suivant... Le fluide employé dans ce mode de réalisation est de la glycérine,il est collecté dans un récipient (R) fortement calorifugé qui va servir de réserve calorifique pour compenser les périodes sans soleil, nuit ou nuages. Les tubes communiquants comportent à leur extrémité dds vannes antiretour et leur ouverture et fermeture est commandée par thermostat (figure 1,(2) de façon à conserver une température constante en régularisant le débit dans les tubes (5). Dans les deux cas,il est certain que l'alimentation des deux circuits ne peut se faire à froid d'où la nécessité des thermostats et des vannes,qui en restant ouverts permettent à cette alimentation de se faire au début par gravité. Les mesures déduites du prototype effectué font ressortir, en valeur brute, et sans tenir compte des pertes par distance et indice de réflexion plus ou moins élevé, ainsi que de la quantité des réflexions ,la température au foyer ést égale à 6 fois la température directe du rayonnement solaire.Ceci est valable pour un miroir plan et son a segment miroir/cylindrique opposé, le résultat est donc doublè pour l'ensemble La figure 3 représente l'ensemble du capteur avec un nombre non limité de tubes et miroirs à segments cylindriques. La figure 4 montre l'ensemble du capteur avec les miroirs plans assemblés par l'intermédiaire d'un socle (6) et 2 parois parallèles (7) sur lesquelles viennent se fixer les tubes (5) et les miroirs à segments cylindriques (3),(4). La figure 5 représente le dispositif d'orientation du capteur. L'ensemble dont nous voyons la paroi (7) est fixé de part et d'autre sur des montants fixes (8) solidaires du plateau de base circulaire (9). Sa fixation est assurée par un bras de levier (10) actionné par son similaire (11) situé à l'extrémité inférieure du montant (8). Ces pièces (10) et (11) sont reliées entre elles par la tige (1). L'arbre du bras de levier (11) est entrainé par une roue dentée (1)) dont le prolongement (14) supporte un cylindre (15) qui tourne librement sur cet axe. Ce cylindre (15)est maintenu en contact avec la face courbe de la couronne (16). Cette couronne (16) est solidarisée au moment du réglage et suivant la latitude avec la couronne (17) qui lui est concentrique. Cette couronne (17) est mobile verticalement, un ergot (18) est actionné par une came (l9) soumise toutes les 24 heures à un avancement prédéterminé par un ergot (20) fixé sur le plateau (9). Ce dispositif d'orientation permet d'orienter le capteur dès le lever du soleil et de suivre sa course à l'aide de la couronne (16) puisqu' elle agit sur le levier (14);Le plateau support étant entrainé par un mouvement classique d'horlogerie et relais. Figure 6 : grâce au mouvement circulaire du plateau et à l'action ver ticale du levier (14) sur le plan incliné de la couronne (16) la différence de hauteur entre le plateau et la courbe est calculée de telle sorte qu'elle s'adapte à la durée d'ensoleillement. Des réglages sont effectués suivant la latitude en réglant l'inclinaison au zénith lors de l'installation. Il est précisé que le bord supérieur de la couronne (16) est découpé de telle sorte qu'il affecte le profil d'un plan incliné convexe dont la longueur serait lègerement supérieure au diamètre de cette couronne et sa hauteur placée à mi-distance. Ce capteur solaire permet d'obtenir un rendement optimal puisque le principe d'optique sur lequel il repose assure une bi-convergence sur les surfaces à préchauffér. Sa conception est simple et il peut s'adapter par juxtaposition du principe de base à toutes les dimensions de capteurs désirés. Son dispositif d'orientation accroissant le rendement par des principes simplifiés indépendant de l'ensoleillement. La production de la vapeur permet d'étendre son utilisation dans différents domaines, tels que : mécanique, électrique, chimique (distillation d'eaux polluées, distallation d'eau de mer). REVENDICATIONS 1.- Capteur solaire du type à miroirs avec angle de réflexion sur un plan focal où se situent des tubes parallèles contenant un fluide ca loriporteur,ltensemble étant fixé sur un bâti avec mécanisme d'orienta tion sur plateau circulaire, caractérisé par le fait qu'il comporte deux miroirs à segments cylindriques opposés lesquels font converger les rayons solaires sur un plan focal commun par l'intermédiaire de 2 miroirs plans ce qui double l'intensité des dits rayons; l'orienta- tion du capteur étant obtenue par l'intermédiaire de 2 couronnes concentriques qui permettent par leur variation de hauteur de suivre la déclinaison solaire. 2.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les miroirs plans sont disposés de telle façon qu'il n'y a aucune ombre portée d'un miroir à segment cylindrique sur le suivant. 3.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation, selon la revendication 1, caractéridé par le fait que les miroirs plans sont dirigés. à 450 sur l'axe de rayonnement solaire, ce qui permet aux rayons réfléchis d'aboutir très exactement sur les miroirs à segments cylindriques. 4.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation ,selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les miroirs plans font entre eux un angle de 900. 5.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tubes communiquants possèdent un dispositif de vannes anti-retour ce qui assure un accroissement successif de température d'un tube au suivant. 6.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'orientation comporte une couronne cylindrique dont le bord supérieur est découpé de telle sorte qu'il affecte le profil d'un plan incliné convexe dont la largeur serait lègerement supérieure au diamètre de la dite couronne et sa hauteur placée à mi-distance. 7.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'émergence variable du profil en plan incliné convexe de la couronne par rapport au plateau détermine l'inclinaison et la variation horaire. 8.- Capteur solaire avec mécanisme d'orientation, selon la revendicati on 1, caractérisé par le fait que la variation de hauteur des 2 couronnes est obtenue par l'intermédiaire d'une eame mise en action toutes les 24 heures.