Brevet FR2461123A1 — publié le 19810130

L'invention concerne la conversion de l'énergie solaire en énergie mécanique. Le but de l'invention est d'utiliser l'énergie solaire pour faire tourner un arbre, ledit arbre constituant une prise de mouvement, par exemple pour faire tourner une génératrice de courant. Selon l'invention on utilise un réflecteur pour former optiquement une image du soleil et on utilise cette image comme source chaude d'un moteur à air chaud. Dans un type de réalisation du procédé, on expose en permanence au rayonnement solaire la face extérieure de la paroi d'une chambre constituant une chambre chaude d'un moteur à air chaud. Dans une réalisation préférée, on forme l'image du soleil sur le pourtour d'une chambre constituant une chambre chaude du moteur à air chaud. Il est avantageux d'utiliser le réflecteur comme source froide du moteur à air chaud. Un dispositif typique pour la mise en oeuvre d'un procédé selon ce type comprend un moteur à air chaud comportant au moins un couple chambre chaude-chambre froide, un premier piston monté à translation entre la chambre chaude et la chambre froide pour être déplacé de la chambre chaude vers la chambre froide par le chauffage de l'air dans la chambre chaude, une transmission mécanique entre ce piston, un arbre de sortie rotatif et un second piston placé dans la chambre froide pour assurer le retour du premier piston vers la chambre chaude, et un réflecteur formant une image du soleil sur la face extérieure d'une section droite, de préférence circulaire, de la chambre chaude. Dans un autre type de réalisation du procédé, on utilise 1 image du soleil pour chauffer par à-coups, au travers d'une fenêtre, l'intérieur d'une chambre constituant une chambre chaude du moteur à air chaud. Dans une réalisation préférée, on fait défiler une image du soleil devant les fenetres d'une pluralité de chambres à fenêtres constituant les chambres chaudes d'un moteur à air chaud. De préférence, le défilement comprend des phases d'ar rêt successivement devant chaque fenêtre. Un dispositif typique pour la mise en oeuvre d'un procédé selon ce type comprend un moteur à air chaud comportant plusieurs chambres chaudes munies chacune d'une fenêtre transparente au rayonnement solaire et contenant chacune un matériau réfractaire divisé absorbant l'énergie solaire, des pistons mobiles dans des cylindres coiffés par lesdites chambres et reliés par couple à un vilebrequin, le ou l'un des vilebrequins actionnant un arbre rotatif de sortie, et un système réfléchis- sant apte à faire défiler une image du soleil devant lesdites fenêtres. On décrira ci-après un exemple de chacun de ces dispositifs en référence aux figures du dessin joint, la description et les figures étant mises à profit pour faire apparaître d'autres particularités avantageuses de l'invention. Sur les figures - la figure 1 est un schéma d'un moteur à air chaud du premier type et de son réflecteur éclairé par un héliostat; - la figure 2 est un schéma d'un moteur à air chaud du premier type avec son réflecteur sur une monture équatoriale; - la figure 3 est un schéma expliquant la définition géométrique du réflecteur; - la figure 4 est une coupe schématique du moteur des figures 1 et 2; - la figure 5 est un schéma d'un moteur à air chaud du second type dans un montage télescopique, et - la figure 6 est une coupe schématique de la structure du moteur de la figure 5. Sur les figures 1 et 2, le moteur à air chaud 1 comprend, à une extrémité, une chambre chaude 2, exposée au rayonnement solaire qu'un miroir 3 réfléchit sur la face extérieure d'une section droite 4 de la chambre. Le miroir 3 est fixe et reçoit le rayonnement d'un héliostat 5 (figure 1) ou bien le miroir 3 et le moteur 1 sont montés sur une monture équatoriale universelle 6 (figure 2). Le miroir 3, par exemple en aluminium, est un parabo roide de révolution dont la surface réfléchissante est définie par la rotation, autour de l'axe de lâ chambre chaude d'un arc de parabole dont le foyer se trouve sur la face extérieure de la paroi de cette chambre. Sur la figure 3, on a schématisé la parabole 7 de foyer F et d'axe 8 qui, par rotation autour dé l'axe 9 de la chambre chaude 2, a engendré géométriquement le paraboloide. On limite la surface utile du paraboloide par deux cônes, par exemple d'ouverture de l'ordre de 1200 pour que les rayons solaires n'attaquent pas la surface extérieure de la paroi de la chambre chaude avec un trop grand angle d'incidence (figures 1 et 2). La chambre chaude 2 (figure 4) est la partie supérieure d'un cylindre en acier inoxydable réfractaire dont la partie basse constitue la chambre froide 10 du moteur0 La paroi de la chambre 2 est striée de fines rayures parallèles à son axe 9 formant des ailettes pour piéger la lumière. La chambre est entourée d'une coupole 11, en pyrex ou en silice transparente, qui s'oppose au refroidissement de la chambre. La chambre est chauffée par le rayonnement réfléchi le long d'une zone circulaire 4 sensiblement à mi-hauteur. La chambre chaude est presque totalement occupable par un piston 12, constitué par un cylindre creux et fermé en acier inoxydable, relié par une tige 13, une genouillère 14 et une bie île 15 à un premier vilebrequin 16 lui-même en liaison d'entrainement par des engrenages avec un second vilebrequin 17 qui est relié d'une part à un second piston 18 et, d'autre part, à un arbre de sortie 19. Le piston 18 se déplace dans un bloccylindre 20 en matériau bon conducteur de la chaleur (cuivre rouge ou aluminium non allié) chemisé intérieurement en acier et qui porte extérieurement une jupe conique 21 également en matériau bon conducteur thermique servant de pont thermique entre le bloc cylindre et le miroir paraboloide. La base du miroir est fixée à cette jupe. La paroi de la chambre chaude peut être portée à une température de l'ordre de 10000C tandis que la paroi de la chambre froide, refroidie par son contact avec le bloc cylindre, reste à environ 1000C. La dilatation de l'air dans la chambre chaude déplace le piston 12 de cette chambre dans la chambre froide vers le bloc-cylindre. Ce déplacement, par le jeu des vilebrequins, assure la rotation de l'arbre de sortie 19 du moteur et le déplacement du piston 18 qui repousse l'air et le piston 12 vers la chambre chaude et le cycle recommence. Si on le désire, le moteur comprend plusieurs chambres chaudes alignées chauffées par des sections respectives du ré réflecteur. Dans la réalisation des figures 5 et 6, le moteur 22 est placé (figure 5) dans un montage télescopique type CASSEGRAIN entre le grand miroir concave parabolique 23 et le petit miroir convexe 24 du montage. L'ensemble des miroirs et du moteur est fixe ou monté sur une monture équatoriale. Le moteur est supporté dans l'axe du miroir concave 23 par un support 25 bon conducteur thermique et il supporte par des bras 26 une structure 27 qui porte le miroir convexe 24. Le moteur comprend plusieurs chambres chaudes, par exemple quatre chambres chaudes, munies d'une fenêtre tournée vers le miroir convexe. Les fenêtres sont placées dans le plan focal réfléchi du miroir convexe et réparties autour d'un axe commun 28 qui est l'axe du miroir concave et des moyens sont prévus pour imposer au miroir mobile un mouvement au cours duquel le miroir s'oriente successivement vers chacune des fenêtres et marque un temps d'arrêt lorsqu'il est orienté vers l'une des fenêtres. Dans une réalisation préférée, le mouvement du miroir est obtenu à partir de l'arbre de sortie du moteur. Sur la figure 6, on a représenté une coupe verticale schématique du moteur par un plan passant par les axes 29, 30 de deux chambres 31, 32 faisant partie des quatre chambres chaudes du moteur. Ces deux chambres ont des fenêtres 33, 34 qui laissent passer le rayonnement solaire. Elles sont remplies d'un matériau réfractaire divisé, par exemple des toiles métalliques en fils de platine extrêmement. De fait, les quatre chambres chaudes sont taillées dans un même bloc métallique (aluminium pur), ont leurs axes parallèles, et sont fermées par une plaque commune en silice transparente qui fournit les quatre fenêtres. Les centres des fenêtres se trouvent sur un cercle. Les chambres coiffent quatre cylindres taillés dans un même bloc et qui contiennent quatre pistons. Sur la figure 6, on a représenté les cylindres 35, 36 coiffés respectivement par les chambres 31 et 32 et leurs pistons 37, 38. Ces deux pistons sont reliés à un vilebrequin commun 39. Ce vilebrequin actionne un arbre rotatif 40 qui constitue l'arbre de sortie du moteur et qui, par une transmission à cardan 41, constitue une prise de mouvement pour le miroir convexe 24 Le miroir 24 est porté par une queue 42 saisie de façon excentrée par une croix de Malte 43 centrée sur l'axe du grand miroir. Cette croix, qui donne l'inclinaison voulue au miroir, est sollicitée périodiquement par un doigt d'entraînement 44 porté par un disque 45 qui, sous la commande d'un embrayage (non représenté) est entraîné par un autre disque 46 calé sur un arbre 47 entraîné en rotation par une transmission 48 à chaîne et pignons elle-même actionnée par la transmission 41. On obtient ainsi que la croix de Malte fait un tour par tour de l'arbre du moteur et anime le miroir d'un mouvement tel que l'image du soleil s'arrente un certain temps et successivement sur chacune des quatre fenêtres. Chaque piston est en retard d'un quart de phase sur le précédent suivant le sens de rotation de l'image du soleil et chaque chambre chaude peut se refroidir pendant que l'image du soleil éclaire chacune des autres chambres successivement. Le miroir mobile n'est pas nécessairement convexe et l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un tel montage télescopique pour éclairer les fenêtres des chambres chaudes. REVENDICATIONS 1) Procédé pour convertir l'énergie solaire en énergie mécanique, caractérisé en ce qu'il consiste à réfléchir le rayonnement solaire pour former optiquement une image du soleil et à utiliser celte image comme source chaude d'un moteur à air chaud. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à exposer en permanence au rayonnement solaire la face extérieure de la paroi d'une chambre constituant une chambre chaude d'un moteur à air chaud. 3) Procédé selon la revendication2, caractérisé en ce qu'il consiste à former l'image du soleil sur le pourtour d'une chambre constituant une chambre chaude du moteur à air chaud. 4) Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on utilise le réflecteur comme une source froide du moteur à air chaud. 5) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise l'image du soleil pour chauffer par à-coups, au travers d'une fenêtre, l'intérieur diune chambre constituant une chambre chaude du moteur à air chaud. 6) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à faire défiler une image du soleil devant les fenêtres d'une pluralité de chambres à fenêtres constituant les chambres chaudes d'un moteur à air chaud. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le défilement comprend des phases d'arret successivement devant chaque fenêtre. 8) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à air chaud comportant au moins un couple chambre chaude-chambre froide, un premier piston monté à translation entre la chambre chaude et la chambre froide pour être déplacé de la chambre chaude vers la chambre froide par le chauffage de l'air dans la chambre chaude, une transmission mécanique entre ce piston, un arbre de sortie rotatif et un second piston placé dans la chambre froide pour assurer le retour du premier piston vers la cham bre chaude, et un réflecteur formant une image du soleil sur la face extérieure d'une section droite, de préférence circulaire, de la chambre chaude. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite section se trouve sensiblement à mi-hauteur de la chambre chaude. 10) Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le réflecteur est un paraboloide de révolution dont la surface réfléchissante est définie par la rotation, autour de l'axe de la chambre chaudevd'un arc de parabole dont le foyer se trouve sur la face extérieure de la paroi de cette chambre. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on limite la surface utile du paraboloide par deux cônes. 12) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que le moteur comprend plusieurs chambres chaudes alignées chauffées par des sections respectives du réflecteur. 13) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que la chambre chaude est entourée d'une coupole transparente au rayonnement solaire et qui la protège du refroidissement. 14) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que la paroi de la chambre chaude est en un matériau réfractaire. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que la paroi de la chambre froide est reliée au réflecteur par une paroi en matériau bon conducteur de la chaleur. 16) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 15, caractérisé en ce que le premier piston est un cylindre creux et fermé qui occupe la quasi totalité de la chambre chaude. 17) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 16, caractérisé en ce que l'ensemble moteur-réflecteur est porté par une monture équatoriale. 18) Dispositif selon l'une des revendications 7 à 16, caractérisé en ce que l'ensemble moteur-réflecteur est fixe et reçoit le rayonnement solaire au moyen d'un héliostat. 19) Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un moteur à air chaud comportant plusieurs chambres chaudes munies chacune d'une fenêtre transparente au rayonnement solaire et contenant chacune un matériau réfractaire divisé absorbant l'énergie solaire, des pistons mobiles dans des cylindres coiffés par lesdites chambres et reliés par couple à un vilebrequin, le ou l'un des vilebrequins actionnant un arbre rotatif de sortie, et un système réfléchissant apte à faire défiler une image du soleil devant lesdites fenêtres. 20) Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que le système réfléchissant fait défiler l'image du soleil sur un cercle. 21) Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que lesdites fenêtres sont réparties autour d'un axe commun, en ce que le système réfléchissant comprend un miroir mobile disposé en face des fenêtres qui sont situées dans le plan focal de ce miroir, et en ce que des moyens sont prévus pour imposer au miroir mobile un mouvement au cours duquel le miroir s'oriente successivement vers chacune des fenêtres et marque un temps d'arrêt lorsqu'il est orienté vers l'une des fenêtres. 22) Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce que le mouvement du miroir est obtenu à partir de l'arbre de sortie du moteur. 23) Dispositif selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que le miroir mobile est un miroir convexe. 24) Dispositif selon l'une des revendications 20 à 23, caractérisé en ce que le miroir convexe est disposé en face d'un miroir concave parabolique, l'ensemble des deux miroirs constituant un montage télescopique type CASSEGRAIN. 25) Dispositif selon la revendication 24, caractérisé en ce que le moteur est fixé dans l'axe du miroir concave sur un support bon conducteur de la chaleur. 26) Dispositif selon la revendication 24 ou 25, caractérisé en ce que le système réfléchissant et le moteur sont montés sur une monture équatoriale.