Brevet FR2496239A1 — publié le 19820618

La présente invention a pour objet un dispositif pour capter les rayons solaires. Le secteur technique de l'invention est celui des appareillages générateurs de chaleur utilisant le rayonnement solaire. On connaît déjà des appareillages pour capter le rayonnement solaire. Certains d'entre eux appelés "capteurs plans" sont formés d'un enceinte parallélépipédique plate comportant un absorbeur placé sous une paroi transparente, par exemple une vitre et sur laquelle tombe les rayons solaires, et dans lequel absorbeur circule un liquide caloporteur, par exemple de liteau. Le liquide caloporteur transporte les calories vers un réservoir d'accumulation. On connaît également des capteurs solaires comportant un miroir parabolique qui focalise les rayons sur un absorbeur appelé chaudière et dans lequel circule un fluide caloporteur. De tels capteurs permettent d'obtenir des températures supérieures à celles obtenues par les capteurs plans susmentionnés. La présente invention vise à apporter des perfectionnements à l'un et à l'autre type de capteurs solaires. L'objectif de l'invention est de perfectionner la structure des capteurs solaires dans le but de capter dans de meilleures conditions le rayonnement solaire afin d'augmenter le rendement de tels capteurs. Cet objectif est atteint par le capteur solaire selon l'invention composé d'une enceinte dans laquelle est disposée une tubulure dans laquelle circule un fluide caloporteur, caractérisé en ce que ladite tubulure est noyée dans du bisulfure de molybdène en poudre. Un capteur selon l'invention adopte une forme parallélépipédique et le tube forme un serpentin plan disposé entre le fond opaque de l'enceinte et une plaque transparente pour laisser passez les rayons solaires. Ledit serpentin est noyé dans le bisulfure de molybdène et le capteur comporte autour de la plaque transparente des miroirs sensiblement perpendiculaires à ladite plaque et s'étendant du côté de l'émission des rayons solaires. Les rayons solaires sont focalisés sur la plaque transparente au moyen d'un miroir parabolique. Selon un autre mode de réalisation, un capteur solaire selon l'invention se compose d'une enceinte cylindrique dans laquelle est disposé un serpentin hélicoidal dans lequel circule un fluite caloporteur, lequel serpentin est noyé dans le bisulfure de molybdène. Une telle enceinte peut être réalisée soit à partir d'un matériau opaque de couleur sombre, ou d'un matériau transparent pour laisser passez les rayons solaires. Selon un autre mode de réalisation, ladite enceinte cylindrique est disposée verticalement et est partiellement entourée de miroirs. Un tel capteur se compose ainsi d'au moins une cellule comportant une enceinte cylindrique disposée sur une surface réfléchissante et devant au moins deux miroirs latéraux concourants le long d'un de leurs bords parallèles à l'axe de l'enceinte, et au-dessus d'un autre miroir sensiblement parallèle à la surface réfléchissante et situé au niveau des bords supérieurs desdits miroirs latéraux. Selon un autre mode de réalisation, un tel capteur comporte un miroir parabolique qui focalise les rayons solaires sur ladite cellule. Un tel capteur peut également se composer de plusieurs cellules dont les miroirs sont concourants sur l'axe central du capteur. Le miroir parabolique est ainsi monté mobile sur un chemin de roulement 8'étendant à la périphérie desdites cellules pour focaliser les rayons solaires tour à tour sur chacune des cellules qui composent le capteur. Le résultat de l'invention est ainsi un capteur solaire dont la tubulure dans laquelle circule le fluide caloporteur est entourée de bisulture de molybdène en poudre. Ce matériau a pour effet d'emmagasiner la chaleur et de la conserver très longtemps avant de la restituer. Il est d'une haute stabilité thermique et peut atteindre des températures de + 1750 C avec des pointes de + 2400 C sans qu'il s'en trouve détérioré. Le bisulfure de molybdène n'est pas corrosif vis à vis des métaux courants employés dans la fabrication des capteurs. I1 est pratiquement atoxique et ne présente pas de risque d'amalgame. Les capteurs selon l'invention du genre à concentration au moyen de miroirs paraboliques permettent d'obtenir des températures élévées, de l'ordre de 3000 C. Dans ce type de capteur, le miroir parabolique focalise sur une zone de la chaudière dans laquelle se trouve le MOS. La transmission de chaleur s'effectue par conduction et sa répartition au moyen du MOUS2 est régulière sur toute la hauteur de la chaudière dans laquelle se trouve le serpentin. Cette conception a pour effet d'augmenter notablement le rendement de tels capteurs solaires en regard de ceux actuellement connus. De tels cap teurs peuvent trouver leur application dans le cadre du chauffage des bâtiments d'habitation le réchauffage des serres de culture et de tous autres locaux domestiques ou industriels. Ils peuvent également être utilisés pour la production de vapeur dans le but de faire fonctionner des appareils tels que des pompes, alternateurs ou autres, au moyen d'une machine à vapeur. D'autres avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante uniquement donnée à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un capteur selon l'invention dans un mode de réalisation, - la figure 2 est une vue en perspective schématique d'une chaudière solaire selon l'invention, - la figure 3 est unc. vue en perspective schématique d'un capteur selon l'invention composé d'une cellule solaire sur laquelle les rayons sont focalisés au moyen d'un miroir parabolique, - la figure 4 est une vue en perspective schématique d'un capteur solaire comportant plusieurs cellules solaires sur lesquelles les rayons solaires sont focalisés au moyen d'un miroir parabolique monté mobile autour du capteur. Un capteur plan selon j'invention est représenté en coupe schématique à la figure 1 du dessin et se compose d'une enceinte parallépipédique 1 de faible profondeur, comportant un fond opaque la et une paroi transparente, par exemple en verre ou en matériau analoque lb, parallèle audit fond la. Dans le volume interne de cette enceinte est disposé un serpentin plan 2, lequel est réparti sur la quasi surface du fond la et de la paroi lb et dans lequel serpentin circule un fluide caloporteur, par exemle de l'eau. Celui-ci est admis dans le serpentin à sa partie supérieure dans la direction de la flèche F1 et circule dans ledit serpentin pour être recueilli à sa partie inférieure dans le sens de la flèche F2. L'appareil comporte également des appareillages permettant son exploitation et concernant la sécurité, lesquels appareillages étant couramment employés dans ce genre d'appareil ne sont pas représentés sur le dessin. Le volume interne de l'enceinte 1 est rempli de bisulfure de molydbène (MOS2 pur en poudre 3, au sein duquel est noyé le serpentin 2. Ce matériau est utilisé dans le capteur selon l'invention pour jouer le rôle d'absorbeur et de répartiteur de chaleur. Grâce à ses propriétés physico-chimique, il remplit pleinement sa fonction essentiellement du fait qu'il est capable de supporter des températures assez élevées de l'ordre de + 1700 C à + 2400 C. On a précisément noté que même par un faible ensoleillement (temps nuageux) de tels capteurs comportant du MOS2 permettaient d'élever le liquide caloporteur (de l'eau) à une température de l'ordre de + 1000 C. Le capteur plan illustré à la figure (1) du dessin comporte encore une jambe de force 4, articulée autour d'une chape 4a et qui permet de régler l'inclinaison du capteur pour le mettre dans une position favorable à l'enso- leillement, ainsi qu'un piètement 5. Un tei capteur peut également comporte un miroir parabolique g qu permet de focaliser les rayons solaires sur une faible zone de la surface captrice du capteur. Conime tous les capteurs comportant un miroir parabolique, les températures du fluide caloporteur sont nettement plus élevées que celles obtenues à partir des capteurs plans. Dans un capteur d'une telle conception, le rôle joué par le MOS2 comme absorbeur et sourtout répartiteur de chaleur est trés important et on a noté des rendements nettement supérieurs à ceux relevés sur les capteurs de ce type ne comportant pas de bisulfure de molydbène. Ce matériau a également la propriété d'être un excellent conservateur de chaleur, ce qui permet de laisser notamment, longuement après la période diurne d'ensoleillement le fluide caloporteur au contact d'une masse élevée en température. Tel que cela est représenté à la la figure 1 du dessin, le capteur peut comporter sur le pourtour de la face captrice 1b, des miroirs 7, lesquels s'étendent du côté de l'émission des ra:-?ons solaires , soit donc du coté du soleil s'il s'agit d'un capteur plan, soit du côté du miroir parabolique 6 dans la conception suivant lesquelle les rayons sont focalisés sur le capteur au moyen d'un tel miroir. Ces miroirs 7 sont donc perpendiculaires à ladite paroi transparente lb et leurs faces réfléchissantes 7b sont en vis à vis deux à deux et sont orientées à l'intérieur du capteur. Cette disposition de miroirs 7 a pour objet de renvoyer sur la surface captrice 1b les rayons solaires incidents. On se reporte maintenant à la figure 2 du dessin qui représente une chaudière solaire selon l'invention. Celle-ci se compose d'un réservoir cylindrique 8 disposé par example verticalement, et comportant deux fonds bombés 8a/8b. Ce réservoir est, par example porté par un piètement 9. La chaudière selon l'invention peut être réalisée soit en matériau transparent, par exemple en verre synthétique) ou encore en matériau opaque. Selon ce mode de réalisation, le matériau choisi de préférence est l'acier inoxydable noir.Ce réservoir comporte une double enveloppe 8c formant une enceinte cylindrique, laquelle comporte une tubulure d'arrivée d'eau froide 8d à sa partie inférieure et une tubulure de distribution d'eau chaude (ou encore de vapeur) 8e, à sa partie supérieure. Dans l'espace annulaire réservé entre l'enceinte cylindrique 8c et le réservoir 8, est disposé un serpentin hélicoïdal 10 dont les spires s'étendent parallèlement à la paroi latérale de l'enceinte et du réservoir et sont réparties sur la hauteur de la chaudière. Le serpentin 10 est noyé dans une masse de bisulfure de molybdène pur en poudre 11, dans lequel serpentin circule un fluide caloporteur, par exemple de l'eau. Celle-ci est admise dans le serpentin en partie haute 10a de la chaudière et est recueillie montée en température à sa partie basse 10b. Une soupape de sécurité 12 est disposée sur la tubulure 10a. Les tubulures 10a/10b comportent des vannes d'arrêt 13/14. Une soupape de sécurité 121 est également montée sur le tubulure de départ 8e, laquelle comporte, ainsi que la tubulure d'arrivée d'eau froide 8d, des vannes d'arrêt 131/14l. Les rayons solaires sont focalisés sur une partie de la paroi de la chaudière 8 au moyen d'un miroir parabolique 15. Le processus de chauffe d'une telle chaudière est le même que celui décrit en regard de la figure 1 dans sa réalisation avec un miroir parabolique. L'absorbeur répartiteur et conservateur de la chaleur est constitué par le MOS2 qui entoure le serpentin 10. Un mode de réalisation perfectionné d'une telle chaudière solaire est illustré aux figures 3 et 4 du dessin. La figure 3 représente une chaudière solaire 8, disposée de telle sorte à être entourée de miroirs plans. Pour clarifier le dessin on a délibérément omis de représenter le circuit du fluide caloporteur. La chaudière 8 est disposée verticalement dans une cellule réfléchissante 16 en appui sur son piètement 9, lequel repose sur une surface réfléchissante 16a. Ladite cellule 16 comporte deux miroirs latéraux 16b/16c ; lesquels sont concourants le long de leur bord 16d, ainsi qu'un miroir 16e formant toitllre, lequel est porté par les bords supérieurs 16f desdits miroirs latéraux 16b/16c. Les faces réfléchissantes des miroirs sont toutes orientées du côté de la chaudière 8. Selon un mode de réalisation, l'angle formé par les miroirs latéraux 16b/16c est de 900. Le miroir 16e est parallèle au miroir 16a. Les rayons solaires sont focalisés sur la chaudière au moyen d'un miroir parabolique 17. Les rayons incidents reçus par les miroirs plans 16a/16b/16c/ 16e, sont renvoyés sur la chaudière 8. Afin de capter, pendant la période diurne le maximum de rayonnement solaire, un capteur selon l'invention peut être composé de plusieurs cellules. Un mode de réalisation dtun tel capteur est illustré à la figure 4 du dessin. Ce capteur comporte ainsi dans cette réalisation quatre cellules 18, 19, 20, 21 dont les miroirs latéraux concourent tous sur un axe central 22. Chaque cellule, comme celle de la figure 3, se compose d'un miroir inférieur 18a/19a/20a/21a, de deux miroirs latéraux 18b/18c/19b/19c/20b/20c/ 21b/21c, et d'un miroir -supérieur 18e/19e/20e/21e. Chaque cellule comporte sa chaudière 23, 24. 25, 26 dont les serpentins sont reliés entre eux par un collecteur d'arrivée d'sau froide, situé en partie haute et un collecteur de départ d'eau chaude situé en partie basse. Le capteur formé de ses quatre cellules est entouré par un chemin de roulement circulaire 25, comportant deux i-ils 23a/25b et sur lequel est monté à roulement un chariot auto-moteur 26, lequel porte un miroir parabolique 27. L'automatisation de l'orientation et du déplacement du miroir parabo- lique 27 sont réalisés par exemple électroniquement au moyen de cellules photo-électriques. La vitesse de déplacement du miroir et son orientation sont fonction d'une part du chemin parcouru par le soleil et d'autre part de sa position prise aux différents moments de la journée. Le miroir est en permanence maintenu orienté du côté du soleil pour focaliser les rayons solaires tour à tour sur chacune des cellules. Comme les dispositifs précédemment décrits, les rayons indicents qui frappent les miroirs plans sont renvoyés sur les chaudières. Les miroirs plans composant de tels capteurs sont réalisés à partir de feuilles d'aluminium. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les parties du dispo- sitif qui viennent d'être décrites pourront être remplacées par l'Homme de l'Art par des parties équivalentes remplissant la même fonction. REVENDICATIONS 1 - Capteur solaire composé d'une enceinte dans laquelle est disposée une tubu lure dans laquelle circule un fluide caloporteur caractérisé en ce que ladite tubulure est noyée dans du bisulfure de molybdène en poudre. 2 - Capteur selon la revendicatlcn 1, lequel adopte une forme parallélépipédique et dont le tube forme un erpentirl plan disposé entre le fond opaque de l'enceinte et une plaque tra-insparente pour laisser passez les rayons solaires, caractérisé en ce que ledit serpentin est noyé dans le bisulfure de molybdène et que le capteur comporte autour de la plaque transparente, des miroirs sensiblement perpendiculaires à ladite plaque et s'étendant du côté de l'émis- sion des rayons solaires. 3 - Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les rayons solaires sont focalisés sur la plaque ,iansparente au moyen d'un miroir parabolique. 4 - Capteur selon la revendicat-on 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'une enceinte cylindrique dans laquelle est disposé un serpentin hélicoïdal dans lequel circule un fluide calc;.orteur, lequel serpentin est noyé dans le bisul dure de molybdène. 5 - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enceinte est réalisée à partir d'un matériau opaque de couleur sombre. 6 - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'enceinte est réalisée à partir d'un matériau transparent pour laisser passer les rayons solaires. 7 - Capteur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ladite enceinte cylindrique est disposée verticalement et est partiellement entourée de miroirs. 8 - Capteurs selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il se compose d'au moins une cellule comportant une enceinte cylindrique disposée sur une sur face réfléchissante et devant au moins deux miroirs latéraux concourants le long d'un de leurs bords parallèles à l'axe de l'enceinte, et au-dessous d'un autre miroir sensiblement parallèle à la surface réfléchissante et situé au ni veau des bords supérieurs des dits miroirs latéraux. 9 - Capteur selon "une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les rayons solaires focalisés sur ladite cellule au moyen d'un miroir parabolique. 10 - Capteur selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il se compose de plu sieurs cellules dont les miroirs sont concourants sur l'axe central du capteur et en ce que le miroir parabolique est monté mobile sur un chemin de rou lement s'étendant à la péripherie desdites cellules pour focaliser les rayons solaires tout à tour sur chacune des cellules qui composent le capteur.