Brevet FR2462667A1 — publié le 19810213

La présente invention a trait à un dispositif à énergie solaire et elle se rapporte plus particulièrement à un appareil destiné à recueillir l'énergie rayonnante du soleil en utilisant les rayons solaires directs et réfléchis. Dans le passé, divers agencements de lentilles ont déjà été utilisés pour concentrer les rayons du soleil dans le but d'extraire l'énergie solaire. Le brevet des EUA nO 3.934.573 décrit l'utilisation d'un dispositif sphérique pour diriger les rayons solaires à travers des lentilles sur une chaudière. Cependant, la chaleur produite au moyen de telles lentilles montées rigidement, focalisées sur une chaudière rigide, nécessite l'emploi de matières onéreuses pour la construction de la chaudière et emperche qu'il soit possible d'utiliser des matières bon marché pour la production d'énergie solaire. Aucun moyen n'est prévu pour déplacer l'enveloppe de la chaudière légèrement hors des plans focaux des lentilles à la suite de l'accroissement de la température au-dessus d'un niveau prédéterminé. L'expansion des fluides par application d'un rayonnement solaire est connue de longue date, comme montré par le brevet des EUA nO 3.436.908 mais ce brevet n'envisage pas l'emploi d'un organe expansible et contractable pour chauffer des fluides. De même, le brevet des EUA nO 3.908.631, qui a pour objet un appareil destiné à convertir l'énergie solaire en énergie thermique par chauffage d'un courant gazeux d'air, n'utilise pas un organe expansible et contractable pour réduire les coûts et les difficultés de fabrication de l'appareil à énergie solaire. La présente invention a pour but de réaliser un dispositif à énergie solaire bon marché, susceptible d'être fabriqué en utilisant des matières peu onéreuses, qui peut être utilisé pour réaliser des installations individuelles dans les maisons particulières, les usines et les bureaux pour fournir de la chaleur et de l'éner- gie et qui, cependant, peut être fabriqué en des matières à plus bas point de fusion, ce qui facilite les procédés de fabrication. Le concept de l'invention est de réaliser un dispositif à énergie solaire constitué par un corps portant plusieurs lentilles de focalisation espacées les unes des autres pour concentrer les rayons solaires directs et réfléchis. Un organe est disposé dans le corps et comporte un noyau noir absorbant la chaleur. Le corps ou l'organe est expansible et contractable de façon à positionner les lentilles de telle sorte que les foyers desdites lentilles soient situés sur la surface de l'organe jusqu'à ce qu'une température prédéterminée soit atteinte à la suite de quoi, l'organe s'écarte des foyers des lentilles afin de réduire la chaleur qui est concentrée sur ledit organe. Ensuite, la contraction ramène les foyers des lentilles sur la surface de l'organe et le chauffage se poursuit au taux optimal. L'organe est porté par le conduit d'alimentation et le conduit d'évacuation qui servent à amener le fluide à chauffer et à évacuer le fluide chauffé. Le dispositif à énergie solaire est fabriqué en matières faciles à travailler, notamment des matières plastiques et des métaux, et est susceptible d'être utilisé dans les maisons particulières pour le chauffage, la fourniture d'énergie et le dessalement. L'expansion et la contraction alternées de l'organe ou du corps peuvent être utilisées pour effectuer un travail utile. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen des dessins annexés dans lesquels: la Fig. 1 est une vue schématique d'un mode de réalisation de l'invention utilisant un corps extérieur rigide et un organe intérieur souple; la Fig. 2 est une vue similaire à celle de la Fig. 1 représentant un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel le corps extérieur est souple et l'organe intérieur est rigide; la Fig. 3 est une vue en coupe schématique représentant de manière plus détaillée Itorgane intérieur flexible; la Fig. 4 est une vue en coupe schématique représentant une variante de ltorgane de chauffage; et la Fig. 5 est une représentation schématique d'une installation de dessalement réalisée conformément aux concepts de l'invention. On se référera maintenant aux dessins dans les diverses figures desquels on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments et, en particulier, à la Fig. 1 qui représente un mode de réalisation d'un dispositif 10 de chauffage solaire selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, un corps sphérique rigide 12 en matière plastique ou en métal est muni d'une série de lentilles 14 destinées à focaliser les rayons solaires directs et réfléchis. Le corps 12 peut être transparent. Les lentilles 14 sont disposées autour de la totalité de la surface du corps 12. Les lentilles et/ou la totalité de la surface intérieure du corps 12 peuvent être revêtues d'une pellicule réfléchissante. Un organe expansible et contractable 18 est disposé à l'intérieur du corps sphérique 12, les détails de construction de cet organe étant représentés sur les Fig. 3 et 5.Le corps sphérique 12 est porté par des montants ou autres supports appropriés 20 au-dessus d'un miroir ou autre surface réfléchissante 22. L'organe de chauffage 18 peut être construit sous la forme représentée sur la Fig. 3. Comme représenté sur cette figure, l'organe 18 comporte une sphère expansible et contractable 50 contenant une chaudière rigide 52 raccordée à un conduit d'arrivée 54 muni d'un clapet anti-retour 56 et à un conduit d'évacuation 58 muni d'un manomètre 60. L'espace compris entre la sphère 50 de liorgane et la chaudière 52 est remplie d'un fluide, de préférence un gaz. A l'intérieur de la chaudière 52 est porté, au moyen d'un support 62, un corps noir 64 absorbant la chaleur. Au cours du fonctionnement, les rayons du soleil sont dirigés par les lentilles 14 sur la surface de la sphère 50 qui est située aux foyers des lentilles ou qui se dilate à la suite de son chauffage pour venir occuper une telle position. Lorsque la sphère continue d'être chauffée, elle se dilate audelà des foyers des lentilles jusqu'à ce qu'on introduise du fluide froid additionnel dans la chaudière ou qu'on laisse s'échapper de la chaudière une certaine quantité de fluide, moment auquel la sphère 50 se contracte. Ceci permet l'expansion et la contraction de la surface de la sphère 50 hors des foyers des lentilles pour empêcher le brûlage ponctuel de la chaudière et permet d'employer des matières moins onéreuses tout en utilisant le maximum de la chaleur disponible. Sur la Fig. 2, on a représenté un mode de réalisation de l'invention dans lequel le corps sphérique 32, qui est fabriqué en une matière souple élastique transparente, comporte tout autour de sa surface des lentilles 14 et contient un corps de chauffage de fluide 38 qui peut être rigide ou peut être similaire à l'organe 18. La sphère 32 est montée sur des pieds 40 au-dessus d'une surface réfléchissante 42. Le corps sphérique peut être rempli d'un fluide, tel qu'un liquide ou un gaz inerte approprié 44. Lorsque l'intérieur du corps 32 est chauffé, les foyers des lentilles 14 se déplacent pour venir coïncider avec la surface de l'organe de chauffage. La poursuite du chauffage provoque le déplacement des foyers radialement vers l'extérieur au-delà de l'organe 18. Lorsque de l'eau chaude est extraite de l'organe 18 et que de l'eau froide y est introduite, linté- rieur du corps 32 se refroidit, ramenant les foyers des lentilles en coincidence avec la surface de l'organe de chauffage 18. Sur la Fig. 4, on a représenté une variante de l'organe de chauffage, désignée par la référence 18', qui peut être utilisée à l'intérieur du corps 12 ou séparément. L'organe de chauffage 18' comporte une enveloppe sphérique expansible 71 à laquelle est raccordé un conduit d'arrivée 76 muni d'un clapet d'arrivée anti-retour 78. Un conduit d'évacuation 80 muni d'un manomètre à soupape 82, servant de régulateur de pression, est raccordé à l'enveloppe 71. Un corps noir 72 porté par un montant 74 est disposé à l'intérieur de l'enveloppe 71 pour absorber la chaleur et la distribuer au fluide d'arrivée. Une plaque de montage 73 est fixée à l'enveloppe expansible, cette plaque portant une crémaillère crantée qui engrène avec un pignon 77 pour entraîner un arbre 79.Bien que la crémaillère 75 et, par conséquent, le pignon 77 se déplacent dans deux directions lorsque l'enveloppe 71 se dilate et se contracte, on peut utiliser un embrayage unidirectionnel, monté entre le pignon 77 et l'arbre 79, de façon que l'arbre 79 ne soit entraîné que dans un seul sens pour pouvoir effectuer un travail utile. Dans ce mode de réalisation de l'invention, l'organe 18' peut être placé dans le corps 12 où il peut obtenir sa chaleur d'un miroir, d'un réflecteur parabolique ou récepteur ou analogue et peut être utilisés par exemple, pour déplacer un miroir parabolique. L'arbre 79, lorsqu'il est déplacé en rotation, peut déplacer le réflecteur le long d'un trajet de poursuite du soleil. Quand une couverture de nuage se forme ou que l'enveloppe 71 se contracte, un dispositif à rochet peut débrayer la commande de déplacement du réflecteur.Lorsque la chaleur solaire est rétablie, l'entraînement de l'arbre 79 maintient le réflecteur en déplacement. Ainsi le dispositif peut être utilisé pour dép acer des miroirs de poursuite du soleil ou autres dispositifs de recherche de la chaleur. Après une période de temps prédéterminée, les divers dispositifs peuvent être ramenés à leur position d'origine, par exemple par un dispositif à ressort ou analogue pour le début d'un autre jour solaire. Le mouvement périodique de l'arbre 79 peut être utilisé pour soulever un poids que l'on laisse ensuite retomber pour remplir une quelconque fonction désirée. Alternativement, l'enveloppe 11 peut être raccordée à un plongeur monté dans une chambre remplie de fluide. Lors de chaque dilatation de l'enveloppe 71, le plongeur met la chambre sous pression et refoule le fluide hors de la chambre par l'intermédiaire d'un clapet anti-retour. Lors de chaque contraction de l'enveloppe 71, le plongeur se déplace dans le sens opposé et aspire dans la chambre du fluide additionnel provenant d'un réservoir, par l'intermédiaire d'un se cond clapet anti-retour. Les impulsions périodiques du fluide quittant la chambre peuvent être utilisées pour exécuter un quelconque travail. Comme représenté sur la Fig. 5, ce dispositif à énergie solaire peut être utilisé pour le dessalement de l'eau. Dans ce mode de réalisation, le corps extérieur 85 est muni de lentilles 87. Le corps 85 peut être transparent et les lentilles peuvent être munies sur leur surface intérieure d'un revêtement réfléchissant dans un seul sens. L'organe de chauffage élastique 84 est porté à l'intérieur du corps 85 par un conduit d'arrivée 86 raccordé à une source d'eau salée et par un conduit d'évacuation 88. L'eau salée arrivant traverse le clapet anti-retour 90 et entre dans l'organe de chauffa- ge 84 dans lequel elle est en contact avec le corps noir 94 porté par un montant 96 à l'intérieur de l'organe de chauffage 84. La chaleur produite par les rayons solaires focalisées sur l'organe 84 transforme l'eau salée en vapeur et en sel.La vapeur est à une pression réglée par le manomètre à soupape 100 et s'écoule dans un condenseur représenté schématiquement par une plaque de condenseur 102 et, ensuite, dans un réservoir 104 en vue d'une utilisation ultérieure. Le sel peut être enlevé au moyen d'un balayage périodique effectué avec de l'eau douce ou retiré par un orifice d'accès 106. Pour améliorer les capacités de chauffage, on peut utiliser un réflecteur, tel qu'un réflecteur parabolique 112, monté à plusieurs degrés de liberté de déplacement le long d'une voie 114 au moyen d'un joint universel 116 commandé par une tringlerie mécanique directe comme précédemment décrit en se référant à la Fig. 4 ou au moyen d'un dispositif photoélectrique 118 suivant le soleil. Ainsi, le réflecteur peut déplacer de façon à prendre une position optimale en suivant le soleil. Bien qu'on ait décrit plusieurs modes de réalisation du dispositif à énergie solaire, on reconnaî- tre aisément que des modifications et ehangements peu- vent y être apportés sans sortir du cadre des revendi cations annexées. Par exemple, bien que le corps 12 et l'organe 18 aient été représentés comme ayant une forme sphérique, d'autres formes peuvent être utilisées. Le corps et l'organe pourraient avoir des formes rectangulaires relativement plates, similaires à celles d'un chauffe-eau solaire classique utilisé sur le toit d'une maison, les lentilles étant disposées dans un plan parallèle à la surface plate de l'organe chauffant. REVENDICATIONS 1) Dispositif à énergie solaire caractérisé en ce qu'il comporte un corps extérieur muni de plusieurs lentilles espacées pour concentrer les rayons du soleil au foyer de chacune des lentilles, un organe de chauffage disposé à l'intérieur du corps des moyens pour introduire un liquide relativement froid dans l'organe et pour soutirer le liquide de cet organe à une température plus élevée, le corps ou l'organe étant formé de telle sorte qu'il se dilate et se contracte en réponse aux changements de la température du liquide dans l'organe de chauffage pour provoquer un déplacement relatif entre la surface de l'organe de chauffage et les foyers des lentilles, le corps et l'organe étant disposés de telle sorte l'un par rapport à l'autre que la surface de l'organe et les foyers des lentilles se déplacent de ce fait dans et hors d'une disposition en colncidence. 2) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de chauffage est expansible et contractable et le corps extérieur est rigide. 3) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps extérieur est expansible et contractable et l'organe de chauffage est rigide. 4) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 3, caractérisé en ce que le corps extérieur est rempli d'un fluide qui favorise son expansion et sa contraction 5) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un noyau absorbant la chaleur disposé à l'intérieur de l'organe de chauffage. 6) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte une surface réfléchissante pour renvoyer les rayons du soleil sur le corps extérieur. 7) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens servant à introduire et à soutirer le liquide de l'organe de chauffage servent également à porter cet organe à 1 'in- térieur du corps. 8) Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour transmettre les mouvements d'expansion et de co- traction du corps de l'organe à un mécanisme effectuant un travail. > Dispositif à énergie solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide introduit dans l'organe de chauffage est de l'eau salée et en ce qu'il comporte des moyens pour condenser la vapeur soutirée de l'organe de chauffage afin de produire de l'eau dessalée.