Brevet FR2497930A1 — publié le 19820716

L'invention est relative à un capteur d'énergie à réflecteur solaire concave. En général,dans ce type d'appareil,le réflecteur solaire concave,de type sphérique,parabolique ou autre,concentre le rayonnement solaire sur un ou plusieurs foyers,de manière que des températures élevées puissent être atteintes.Pour utiliser cette énergie calorifique,il est nécessaire de prévoir des moyens-supports dans la zone du ou des foyers.0r,ces foyers étant disposés dans la zone centrale du réflecteur,il est important que les moyens-supports soient de faible dimension pour ne pas perturber la concentration du rayonnement solaire.Il en résulte que de tels capteurs d'énergie ont des applications très limitées et sont bien souvent délaissés au profit de capteurs,plans ou autres,mettant en oeuvre des moyens de transformation de l'énergie complexes,onéreux et dont la fiabilité est incertaine. La présente invention a pour but de fournir un capteur d'énergie du type précité qui,de conception simple et peu onéreuse,transf ère l'énergie calorifique à un fluide caloporteur sans recours à des moyens complexes ,et présente une grande fiabilité. Â cet effet,le réflecteur de ce capteur,d'une part, est muni de moyens générant ,dans et/ou autour de son axe longitudinal ,un courant d'air tourbillonnaire absorbant tout ou partie de l'énergie calorifique issue de la concentration du rayonnement solaire et,d'autre part,est muni dans son fond,d'au moins une ouverture communiquant avec au moins un conduit d'évacuation de l'air chaud. Ainsi,le rayonnement solaire concentré sur un ou plusieurs foyers disposés dans l'axe longitudinal du réflecteur ou autour de cet axe longitudinal,est utilisé pour chauffer une colonne d'air qui,grâce au mouvement tourbillonnaire,dont elle est l'obJet,et à l'ouverture ménagée dans le fond du capteur,est récupérée dans un conduit la dirigeant vers un lieu d'utilisation.Il est à noter que grâce à l'utilisation de l'air comme fluide caloporteur, ca capteur a une construction très simplifiée puisque ses composants n'ont pas à résister à la corrosion des fluides caloporteurs liquides Dans une forme de réalisation de l'invention,les moyens générant un courant d'air tourbillonnaire sont constitués par un couloir ménagé entre les deux bords décalés du réflecteur et faisant communiquer l'intérieur de ce réflecteur avec l'extOrieur,et par un ventilateur de démarrage ou permanent,extérieur au réflecteur,et dont la conduite de sortie communique avec le couloir précité. Ainsi,au moins au démarrage,le ventilateur crée dans le couloir un mouvement orienté1de l'extérieur vers I'int8- rieur du réflecteur,mouvement qud,en raison de la forme concave de ce réflecteur, engendre à l'intérieur de celuici un courant tourbillonnaire autour de l'axe longitudinal de ce réflecteur. Ce courant tourbillonnaire permet aux diverses molécules d'air d'être chauffées uniformément avant de s'échapper par l'ouverture ménagée dans le fond du réflecteur0 Dans une autre forme de réalisation, les moyens gén6- rant un courant d'air tourbillonnaire sont constitués par un manchon tubulaire qui,disposé axialement au centre du réflecteur,communique avec l'ouverture ménagée dans le fond de ce dernier,comporte extérieurement une surface apte à absorber le rayonnement calorifique concentré et réfléchi par la paroi du réflecteur et,intérieurement,des moyens aptes à communiquer un mouvement tourbillonnaire à l'air le traversant. Dans ces conditions,l'air traversant le manchon tubulaire est chauffé au contact de la paroi de ce dernier, tandis que,simultanément,il est soumis à des contraintes l'obligeant à tourbillonner,de manière à mieux absorber les calories de cette paroi. Avantageusement,1'ouverture ménagée dans le fond du réflecteur communique avec un ventilateur d'aspiration d6- bitant dans le conduit d'aspiration. Ce ventilateur engendre,dans le réflecteur,un courant d'air longitudinal qui favorise le déplacement du courant tourbillonnaire à travers l'ouverture du fond et en direction du conduit d'évacuation. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit en référence au dessin schématique annexé représentant,à titre d'exemple non limitatif,une foras d'exécution du capteur selon ;'invention. Figures 7 et 2 sont des vues respectivement en coupe transversale et en plan par-dessus avec coupe suivant 2- 2 de figure 1,montrant une première forme d'exécution de ce capteur, Figure 3 est une vue en coupe transversale d'une autre forme d'exécution, De façon connue,le capteur d'énergie selon l'invention est composé d'un réflecteur solaire concave 2 qu5,dan; les formes d'exécution représentées,a une forme générale sphé rique,mais qui peut présenter toute autre forme,notamment autre parabolique,elliptique ou autre,sans que cela n'affecte l'invention. Dans la forme d'exécution représentée aux figures 1 et 2,la paroi sphérique du réflecteur 2 n'est pas continue, mais comporte deux bords décalés 2a et 2b délimitant un couloir 3 et lui donnant,vue en plan par-dessus,l & forme générale d'un colimaçon. Le couloir I,qui communique avec ltextérieur, la forme générale d'un croissant dont les deux extrémités sont obturéos par des portions de paroi 3a et3b,comme montré à la figure 1. Un ventilateur 4 débite par une conduite de sortie 5 dans une chambre de diffusion 6 qui communique elle-même, par des buses 2,avec le couloir ou la sortie de ce dernier. Comme montré à la figure 2 par les flèches 8, ces buses sont orientées de manière à débiter en direction de l'intérieur du réflecteur 2 afin d'engendrer ,dans le cou loir 3,un flux d'air orienté suivant la flèche 9,c'est-àdire allant de l'extérieur à l'intérieur du réflecteur. Dans son fond,ce réflecteur comporte une ouverture 10 au-dessus de laquelle est disposé un fragment 12 de calotte réfléchissante ,de forme et profil correspondant à ceux du réflecteur proprement dit.Ce fragment est relié au fond du réflecteur par des ailettes 13 incurvées ou orientées de manière à entretenir le courant d'air tourbillonnaire engendré dans le réflecteur L'ouverture 10 communique avec un ventilateur 14 dont l'orifice de sortie 15 et raccordé à un conduit d'évacuation 16.De façon connue,le réflecteur 2 peut être disposé à poste fixe ou être monté sur un système articulé suivant la course du soleil ,de manière que son axe longitudinal x'-x soit toujours orienté en direction du soleil. Dans ce dispositif,dès que les rayons calorifiques rencontrent la paroi interne du réflecteur 2,ils sont réflé- chic et concentrés sur et autour de l'axe longitudinal x'-x et transmettent leur énergie calorifique au courant d'air tourbillonnaire engendré dans l'axe longitudinal du capteur.Ce courant d'air est ainsi porté à une température sensiblement uniforme avant de quitter le réflecteur en passant au-dessous du fragment de calotte réfléchissante 12,comme montré par les flèches 18, et par l'ouverture 10 comme montré par la flèche 19.De là,le ventilateur 14 chasse l'air dans la conduite d'évacuation 16 qui l'emmène sur le lieu d'utilisation S'il est avantageux que le ventilateur 14, qui est ax téreur,fonctionne en permanence, de manière à faciliter le passage du courant d'air chaud à travers l'ouverture 10, le ventilateur 4 ,qui est également extérieur,peut notre utilisé qu'au démarrage,de manière à amorcer le courant tourbillonnaire tant que celui-ci n'est pas en mesure de s'entretenir lui-mEme,notamment grâce au ventilateur 14 et aux ailettes 13. En effet,il faut noter ,qu'en fonctionnement ,l'air chauffé dans le réflecteur,est remplacé automatiquement par de l'air extérieur pénétrant daa e der n-er en empruntant le couloir 2. Ce capteur d'énergie peut être associé à des moyens permettant de régler la température de l'air passant à travers le conduit d'évacuation moyens pouvant être constitués par un volet 20,apte à obturer partiellement l'entrée du couloir 3 et/ou par un conduit 22 débouchant dans le conduit d'évacuation 16,de manière à amener ,dans ce dernier de l'air extérieur ,donc non chauffé,avec un débit réglé par une vanne J2 Enfin,le fragment 12 de calotte réfléchissante qui, dans la forme représentée,est fixe par rapport au réflecteur proprement dit,peut dans une variante de réalisation, être monté libre en rotation par rapport à ce réflecteur et comporter localement des ailettes incurvées aptes, lorsqu'il est entrainé en rotation par des moyens extérieurs,à contribuer à la formation ou l'entretien du courant d'air tourbillonnaire.En particulier,ce fragment de calotte peut être calé sur l'arbre du ventilateur 14. Dans la forme d'exécution représentée à la figure 3,le réflecteur 2,muni à sa partie inférieure,d'une ouverture 10 ,comporte axialement un manchon tubulaire 30 dont l'une des extrémités est libre ,et l'autre est liée de manière étanche au fond du réflecteur 2,de manière à communiquer avec l'ouverture 1O.Ce manchon comporte une face extérieure L2 qui est apte à absorber le rayonnement calorifique, et en particulier,revêtue d'une peinture noire ou de tout autre revêtement absorbant.Dans sa partie interne,le manchon comporte des moyens aptes à créer un mouvement tourbillonnaire et,notamment,des ailettes 22. Comme dans la forme d'exécution précédente,l'ouverture 10 communique avec un ventilateur 14 débouchant dans un conduit d'évacuation 16.Ce conduit peut également communiquer avec un conduit 22 avec vanne 27 apte à introduire ,dans ce conduit 16,de l'air extérieur pour régler la température du courant d'air chaud traversant le conduit 16. Dans les deux formes d'exécution qui précèdent,les ventilateurs 4 et 14 sont disposés immédiatement à proximité du réflecteur,mais il est évident qu'ils peuvent en être éloignés et être reliés à ce réflecteur par des conduits souples,de manière à ne pas gêner les mouvements de ce réflecteur si celui-ci est du type suiveur. Le réflecteur 2 peut être constitué par tout matériau, tel que métal poli ou matériau-support revêtu d'un revete- ment métallique réSléchissant,le-ais il s'avère plus avantageux qu'il soit réalisé par un support en forme composé de plusieurs panneaux assemblés,éalisés en stratifié verre-résine et recouverts intérieurement par un revSte- ment réfléchissant mince.Outre l'avantage du coft,cette solution réduit considérablement le poids du capteur,ce qui facilite son transport et réduit le coat et l'encom- brement du dispositif suiveur s 'il en comporte un. Ce capteur,de construction simple et peu onéreuse,ne nécessitant qu'un entretien minime et présentant une très grande fiabilité dans le temps,fournit de l'air chaud à une température réglable,mais élevée. A titre d'exemple, les essais réalisés avec un capteur hémisphrique,ayant un diamètre de 1,5 mètre,a permis d'obtenir de l'air chaud à une température supérieure à 1.0000 et atteignant parfois 1.400 C. Cet air chaud peut être utilisé pour le chauffage de tout local,mais aussi dans l'industrie du séchage et,en partlculier,pour le séchage du grain,du foin,de la luzerne,du papier,pour l'évaporation du lait.. il est évident que l'invention ne se limite pas aux deux seules formes d'exécution qui ont été décrites cidessus à titre d'exemple non limtatif,elle en embrasse, au contraire,toutes les variantes de réalisation comportant des moyens équivalents aptes à engendrer dans l'axe longitudinal du réflecteur et autour de cet axe un courant d'air tourbillonnaire. -REVENDICATIONS-- 1-Capteur d'énergie à réflecteur solaire concave,caractérisé en ce que ce réflecteur (2),d'une part,est muni de moyens générant dans et/ou autour de son axe longitudinal un courant d'air tourbillonnaire absorbant tout ou parsie de l'énergie calorifique issue de la concentration du rayonnement solaire et,d'autre part,est muni dans son fond,d'au moins une ouverture(10) communiquant avec au moins un conduit (16) d'évacuation de l'air chaud. 2-Capteur selon la revendication 1,caractérisé en ce que les moyens générant un courant d'air tourbillonnaire sont constitués par un couloir (3) ménagé entre les deux bords décalés C2a et 2b) du réflecteur (2) et faisant ccm- musiquer l'intérieur de ce réflecteur avec. l'extérieur,ek par un ventilateur (4),de démarrage ou permanent,extérieur au réflecteur et dont la conduite de sortie (5) communique avec le couloir (3) précité. 3-Capteur selon la revendication 2,caractérisé en ce que le ventilateur (4) débite dans une chambre de diffusion (6) communiquant avec le couloir du réflecteur par des buses (7) orientées en direction de l'intérieur du réflecteur. 4-Cepteur selon l'une quelconque des rcvendiction6 1 à 3,caractérisé en ce lu'un fragment(12) de calotte r6- fléchissante,sphérique ou autre,est disposé à l'intérieur et en avant de I'ouvertu (10) du réflecteur. 5-Capteur selon la revendication 4,caractérisé en ce que le fragment (12) de calotte réfléchissante est maintenu à distance de la paroi du réflecteur par des ailettes (13) inclinées constituant également organe d'entretien du mouvement tourbillonnaire. 6-Capteur selon la revendication 1,caractérise en ce que les moyens générant un courant d'air sont constitués par un manchon tubulaire (50) qui,disposé axialement au centre du réflecteur,communique avec l'ouverture (10) m- nagée dans le fond de ce dernier,comporte extérieurement une surface apte à absorber le rayonnement calorifique concentré et réfléchi par la paroi du réflecteur et,int- rieurement,des moyens (33) aptes à communiquer un mouvement tourbillonnaire à l'air le traversant. 7-Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'ouverture (10), ménage dans le fond du réflecteur,comnunique avec un ventilateur d'aspiration (14) débitant dans le conduit d'évacuation (16). 8-Capteur selon l'une quelconque des revendications 7 à 7,caractérisé en ce qu'un conduit d'arrivée d'air extérieur (22) est raccordé,avec interposition d'une vanne (23) à ouverture réglable,sur le conduit (16) d'évacuation d'air chaud. 9-Application au capteur d'énergie selon 1'une quelconque ded revenalcations 1 à 9,au séchage de tout produit.