Brevet FR2477271A1 — publié le 19810904

L'invention a pour objet un capteur solaire sphérique a concentration. Les capteurs sphériques à concentration comportent un réflecteur intérieur hémisphérique dont l'axe optique median, passant par le centre de la sphère et par le centre du reflecteur, doit être aligné avec le soleil afin que les rayons réfléchis se concentrent dans la zone focale dans laquelle est placé le récepteur lumineux qui transforme la lumière en chaleur et la transmet à lUl fluide caloporteur. Pour que cet alignement entre l'axe optique median du réflecteur et le soleil soit réalisé il est nécessaire que le capteur suive tous les deplacements du soleil en site et en azimut Ce resultat est habituellement obtenu grâce à des appareils dénommes héliostats. Un héliostat est donc conçu pour permettre au capteur de poursuivre le soleil au cours de son déplacement; et pour atteindre ce but, un héliostat comprend essentiellement des cellules qui, impressionnées par les rayons solaires, commandent les déplacements correspondants du capteur par l'intermédiaire d'un système d'intégration, d'un moteur et d'engrenages. Un héliostat est donc un appareil complexe et onéreux. L'inventiQn apporte une solution beaucoup plus simple au problème de la poursuite du soleil par le capteur, c'est-a-dire au synchronisme du déplacement du capteur avec le soleil, et elle concerne à cet effet un capteur jouant lui-même le rôle d'héliostat, sans nécessiter la présence d'aucun mécanisme additionnel complexe. Un capteur sphérique à concentration conforme à l'in- vention comporte une sphère qui est montée libre en rotation autour d'un axe passant par son centre et contenu dans un plan incliné normal aux rayons solaires et qui-est associée, d'une part à un organe de visée permettant à une heure déterminée d'aligner l'axe optique médian du réflecteur avec le soleil et, d'autre part, à un moteur dont le rôle est de faire tourner le capteur autour de cet axe, en synchronisme avec le déplacement du soleil, afin de maintenir l'alignement precite. Ainsi est réalisé automatiquement le règlage en site. Le règlage en azimut est obtenu grâce à d'autres moyens prévus pour modifier périodiquement la position d'inclinaison du plan contenant l'axe de rotation de la sphère. Pour cela, cet axe est porté par un arceau d'environ 180, au centre duquel sont prévus le palier de rotation de la sphère et son moteur d'entrainement, et dont les deux extrémités sont fixées avec possibilité de règlage angulaire coaxial sur deux supports fixes placés de part et d'autre de la sphère. L'invention sera bien comprise d'ailleurs et ses avantages ainsi que d'autres caractéristiques ressortiront bien de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce capteur solaire sphérique à concentration Figures 1 et 2 sont des vues respectivement de côté et de face en élévation de l'ensemble de l'appareil, et Figure 3 est une vue en coupe verticale du capteur proprement dit. Aux figures 1 et 2, 1 désigne un bâti servant a' la fois de piètement et de support, d'une part à une cuve 2 de forme générale hémisphérique et, d'autre part à deux paliers 2 qui ont un axe vertical et sont disposés symétriquement l'un par rapport à l'autre à a' l'extérieur de la-cuve 2. Ces paliers 2 servent au passage de deux barres verticales 4 et deux vis de pression 5 permettent d'immobiliser ces barres 4 à la hauteur voulue dans les paliers 3. Ces barres 4 servent elles-mêmes de support a' une pièce 6 en forme d'arc de cercle -d'environ 1800 dont les deux extremités se terminent par un système d'articulation au sommet des deux barres 4. Ce système d'articulation peut être réalisé de-diverses façons, par exemple par rotule, par disques ou de toute autre façon, l'essentiel étant toutefois que des moyens soient prévus pour permettre le règlage de l'inclinaison de 1'arceau 6 par rapport aux barres 4 et l'immobilisation de cet arceau 6 dans la position angulaire choisie par rapport aux barres 4. Cet arceau 6 sert lui -me me de support au capteur solaire proprement dit . Ce capteur est constitué de façon connue en soi par une sphère formée de deux parties reliées entre elles, respectivement 8 et 9. La partie 8, qui peut être considérée comme étant la partie supérieure, est réalisée en un matériau transparent tel que le méthacrylate de méthyle; et la partie 9, qui peut être considérée comme étant celle inférieure, peut aussi être constituée en un matériau transparent, mais elle comporte obligatoirement un revetement intérieur réfléchissant dont le rôle est de permettre la réflexion des rayons solaires.A l'intérieur de cette sphère 8-9 est placé, comme cela est également connu en soi, le récepteur lumineux proprement dit; il s'agit d'un serpentin métallique 10 qui est situé dans la zone focale du réflecteur, ce serpentin 10 est porté par un support 12 aménagé à l'intérieur de la sphère 8-9; et par deux tubes 10a et iOb servant respectivement à l'entrée et à la sortie du-fluide caloporteur, il est relié au circuit extérieur transportant ce liquide caloporteur. Conformément à l'invention, l'arceau 6 supporte la sphère 8-9 par l'intermédiaire d'un axe li dont l'extrémité supérieure est entrainée par un petit moteur électrique 14 placé dans.un boîtier 15 fixé sur l'arceau 6, et dont l'extrémité inférieure est munie de moyens qui, désignés de façon générale par 16, permettent de lier en rotation la sphère 8-9 avec l'axe 13. Cet axe 22 ne sert en fait qu'à entraîner la sphère 8-9 en rotation autour de son propre axe, car l'élément servant de support proprement dit à la sphère est un bain liquide 17 contenu dans la cuve 2 et sur lequel elle prend appui. Ce bain liquide est constitué par un mélange d'eau et d'un produit anti-gel, à la surface duquel est prévue une couche d'huile pour éviter son évaporation. Un orifice de vidange 18, fermé par un robinet fl, est prévu a' la partie inférieure de la cuve 2. Ce capteur solaire sphérique fonctionne dans les conditions suivantes : le niveau de la sphère 8-9 par rapport à la cuve 2 est tout d'abord convenablement réglé pour que cette sphère puisse, tout en prenant appui suret dans le bain liquide 17, tourner facilement sur elle-même ; ce règlage est réalisé en dévissant les vis 5, en soulevant ou en abaissant les barres 4 par rapport aux paliers 3, et en revissant les vis 5.Après ce règlage de hauteur, il est procédé à un règlage d'orientation et d'inclinaison en faisant tourner la sphère 8-9 sur elle-même avec son axe porteur li et en donnant a l'arceau 6 par rapport aux deux barres 4, une position angulaire telle qu'un viseur 20 fixé sur la zone transparente 8 de la sphère, en alignement avec l'axe optique médian passant à la fois par le centre de la sphère et par le centre du réflecteur soit aligné avec le soleil ; ce résultat est obtenu lorsque ce viseur ne donne plus lieu par les rayons solaires à la formation d'une ombre portée sur la sphère. Lorsque tous ces règlages ont été faits, le moteur électrique i4 est mis en service ; il s'agit d'un moteur synchrone permettant d'entrainer la la sphère 8-9 en rotation autour de l'axe 13, à raison d'un tour par 24 heures. il est ainsi possible d'avoir la certitude qu'après un règlage d'alignement fait à une heure déterminée, le capteur sphérique poursuivra régulièrement. le soleil en site tout au long de la journée, et que le lendemain, lors de l'apparition du soleil le capteur sera à nouveau correctement aligné avec lui. Grâce à l'agencement qui fait l'objet de l'invention, le capteur solaire sphérique à cencentration poursuit donc régulièrement le soleil en site. En ce qui concerne la poursuite en àzimut, elle n'est pas modifiée automatiquement ; un règlage périodique est nécessaire. Ce règlage, réalisé avec utilisation du viseur 20, nécessite le desserrage des moyens 7 de liaison entre les barres 4 et l'arceau 6. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution de ce capteur solaire sphérique qui a été ci-dessus indiquée à titre d'exemple ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation. C'est ainsi notamment qu'au lieu d'être entraînée par un moteur tournant constamment dans le même sens, la sphère peut être actionnée par un moteur associé à une minuterie et à des interrupteurs grâce auxquels, pendant la période diurne, elle est entraînée en rotation par le moteur, mais arrête automatiquement sa rotation à l'issue de cette période diurne pour revenir automatiquement en arrière à sa position de départ, s'arrenter dans cette position de depart et ne repartir que le lendemain à une heure déterminée de la période diurne REVENDICATIONS 1 - Capteur solaire sphérique à concentration,-du type de ceux comportant une sphère partiellement transparente et partiellement réfléchissante, dans la zone focale de laquelle est placé un récepteur lumineux qui transforme la lumière en chaleur et la transmet à un fluide caloporteur, caractérisé en ce que cette sphère 8-9 est montée libre en rotation autour d'un axe passant par son centre et contenu dans un plan incliné normal aux rayons solaires et. est associée, d'une part à un organe de visée .20 permettant a une heure déterminée d'aligner l'axe optique médian du réflecteur avec le soleil et, d'autre part, à un moteur 14 dont le rôle est de faire tourner le capteur autour de cetixe, en synchronisme avec le déplacement du soleil, afin de maintenir l'alignement précité. 2 - Capteur solaire sphérique selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de rotation de sa sphère 8-9 est porté par un arceau 6 d'environ 180 au centre duquel sont prévus le palier de rotation de la sphère et son moteur d'entraînement, et dont les deux extrémités sont fixées avec possibilité de règlage angulaire coaxial sur deux supports fixes 4 placés de part et d'autre de la sphère. 3 - Capteur solaire sphérique selon les Revendications 1 et-2 caractérisé en ce que sa sphère 8-9 est suspendue à l'axe moteur li et repose librement dans un bain 17 d'eau ou tout autre fluide contenu dans un bac avantageusement en forme de demi-sphère, de part èt d'autre duquel sont fixés les deux supports 4 de l'arceau 6 supportant la sphère. 4 - Capteur solaire selon l'une quelconque des Revendications 1 à 3, caractérisé en ce que son organe de visée 20 est fixé sur la partie transparente 8 de sa sphère, en alignement avec l'axe optique médian du réflecteur.