Brevet FR2505571A1 — publié le 19821112

Le secteur technique de l'invention est celui du captage de énergie contenue dans un rayonnement,qu'il s'agisse d'un rayonnement électro-magnétique ou d'un autre,notamment celui de vibrations mécaniques résultant d'ébranlements d'un milieu plus ou moins élastique,les sons,infra-sons ou ultrasons. Dans ce domaine,la taille des capteurs,et donc la quantité d'énergie recueillie,dépend des dimensions et donc du poids des éléments envisagés.Si ce captage met en jeu des éléments réfléchîssants,les miroirs voulus,de grandes dimensions,atteignent des poids et prix prohibitifs;c'est le cas,dans le domaine des très faibles énergies,des miroirs des téléscopes où la précision devient un facteur aggravant;;il en va de même pour les téléscopes radio-électriques qui doivent, comme les premiers,être,le cas échéant,divisés en éléments multiples et cette division doit être poussée à un haut degré Dur certains projets de centrales solaires thermiques, i-é la puissance incomparablement plus élevée du rayonnement incident.Il en est de m#me,pour le captage d'énergies autres,telles les énergies infra-sonores,sonores et ultrasonores. La présente invention est destinée à remédier à de tels inconvénients. Elle comprend à cet effet un dispositif capteur d'énergie,dans lequel une surface de captage appartient à une structure gonflable,surface dont la forme est ainsi rigidifiée. L'utilisation de telles structures permet d'atteindre à la fois de très grandes dimensions pour les surfaces de captage et de concentration évettuelle des rayonnements, sans pour autant grever le poids du système,ce qui le rend apte à toute utilisation,aussi bien terrestre que sidérale. De tels dispositifs peuvent être associés directement avec des convertisseurs d'énergie tels que des piles photo volta#ques,susceptibles autre portées sur la surface étendue de captage aussi bien que disposées en une aire de concentration du flux d'énergie captée par la surface en cause, rendue réfléchissante à cet effet,à la façon dUn système catioptrique. Ce convertisseur d'énergie peut aussi être une machine thermique avec source chaude à l'emplacement de l'aire de con cefl#-ti## une source froide à distance et,entre les deux sources,une turbine ou moteur analogue,qui permet ltentral- nement d'une génératrice électrique. D'autres dispositions et diverses applications de l'in- ention peuvent être envisagées. La description qui va suivre d'exemples de réalisation de dispositifs conformes à l1invention,qui ne doivent nullement être considérés comme limitatifs,permettra,en regard du dessin annexé,de bien comprendre comment peut s'en faire la mise en pratique. La figure 1 montre un schéma d'agencement destiné à une utilisation dans l'espace sidéral. La figure 2 montre de même un agencement destiné à une utilisation terrestre. Une structure gonflable 1,consstituée d'une feuille souple, mince et étanche forme,développée,un segment de cylindre 2, opaque,à-fin d'éviter toute transmission parasite inteipes- tive d'énergie lumineuse,raccordé,d'un côté, à un dôme 3, transparent et de l'autre à un fond r~fl6tissant 4. Le dôme 3 est sensiblement formé en calotte sphérique. Le fond 4, dont le pouvoir réfldchissant est donné par un fin dépôt, par exemple métallique,notamment d'argent ou dans le cas de captage de la lumière visible et de ses franges ultra-violette et infra-rouge,offre une conformation de calotte sphérique ou de paraboloide de révolution,toute surface équivalente pouvant être envisagée,comme celà apparattra ci-après. il suffit en effet qu'une telle surface réfléchissante,at- teinte par le rayonnement considéré (flêches f1 -fig.1), après traversée du dôme 3 transparent,le renvoie en concentrant son flux sur l'étendue dsune aire réceptrice de dimensons réduites vis-à-vis de la surface de captage offerte par le fond réfléchissant 4;c'est à cet effet que le sommet du dôme 3 est traverséd'un support 5 et ce dernier,intérieurement au dôme 3,porte un protecteur thermique 6 en regard duquel est disposé un réseau tubulaire 7 qui contient un fluide caloporteur;;extérieurement au dôme 3,ledit support renferme un ensemble 8 de conversion d'énergie,tel qu'une turbine entrâlnée par le fluide sortant de l'écwangeur 7 et couplée à un générateur électrique et extérieurement est enveloppé par un réseau tubulaire 9 complémentaire. Le réseau échangeur 7 joue le rôle de chaudière,placée à l'image de la source de rayonnement,donnée par ledit fond 3 et le réseau échangeur 9 externe,exposé aux conditions de l'espace cosmique extérieur,joue le rôle de condenseur dans la machine thermique ainsi agencée.Il est à noter que tout cet ensemble thermodynamique pourrait autre compris à l'intérieur de la structure 1 ,pour le cas où son fluide de gonflage serait en mesure de servir d'intermédiaire transporteur calorifique entre le condenseur 9 et le diffuseur formé par la totalité de la paroi de la structure 1 ,vis-à-vis du milieu externe. Au delà de l'ensemble 8,le support 5 est prolongé par un groupe moteur à treuils multiples 10,lequel commande un câble axial 11 et des câbles latéraux 12 disposés en étoile et respectivement attachés au sommet du fond 4 et à la péri- phérie du dôme 3,en vue du réglage asservi de la conformation du fond de miroir 4 et de sa distance vis-à-vis de la chaudière 7 -donc de la conformation et de la rigidification de la structure,compte tenu de l'autre contrôle appliqué à la pression de gonflage de la structure-,respecti-- vement de l'orientation de la structure et de son axe,visà-vis' de la chaudière; ;ce groupe comporte également un ensemble de valves et une réserve de fluides gaseux libérant ces derniers en fonction des indications de divers detecteurs pur assurer le gonflage correct et le pilotage de l'orientation de la structure en visée sur la source de rayonnement à utiliser. Enfin,ce support 5 se termine par une articulation 13, que franchissent tous les condu#its,cAables et conducteurs non représentés qui sont nécessaires au fonctionnement ciaprès décrit,à un bras d'attache 14 sur un corps porteur 15 tel qu'un satellite artificiel ou autre véhicule spatial, s'il s'agit là de l'utiisation prévue. Vis-à-vis de ce corps porteur et de son bras 14,le support 5 peut être servo-commandé par tous détecteurs et moteurs voulus,électriques et à Jets de fluides,non représentés mais connus en eux-mêmes,de manière à ce que l'axe géométrique de l#semble,qui correspond à peu de choses près à l'axe optique du miroir 4,soit en permanence maintenu pointé sur le soleil,source de rayonnements énergétiques considérés. Bien entendu,la structure gonflable 1,2,3 et 4,avant mise sur trQectoire spatiale,ntest par déployée,mais maintenue pliée,de sorte que son faible poids se conjugue à un encombrement minime,ce qui facilite son logement et son transport à bord d'un lanceur,quel qu'en soit le type,dans l'espace sidéral. Une fois ledit lanceur sur trajectoire,voire même en situation géo-stationnaire,un mécanisme de commande à distance ou à programme pré-établi ordonne l'expulsion hors du logement de transport,ltexpansion de la structure 1,puis l'orientation convenable du miroir 4.Il est alors possible d'envisager en une telle satellisation,la réception du rayonnement solaire au taux de I1,4kW par mitre carré,de sorte que pour un diam8tre de miroir de 28 m#tres,apparaissant comme analogue à celui du ballon satellisé sous le nom de "Echo" par les Etats Unis d'Amérique,serait recueillie une puissance permanente de 862 kW,concentrée au niveau de la chaudière 7.Compte tenu de la température atteinte à l'échangeur 7 et celle de l'espace que baigne le condenseur 9,11 est possible d'escompter un rendement thermodynamique de 0,30 environ,si bien que la puissance développée aux bor nes du générateur électrique contenu dans l'ensemble8,avec un rendement électrique de 0,90,atteindrait environ 232 kW, chiffres qui n'ont Jamais été envisagée ni atteints dans n'importe quel véhicule spatial,proJaté ou construit. Cette solution thermodynamique n'est d'ailleurs pas la seule à pouvoir être envisagée.IL est possible de faire parattre sur la surface image focale du soleil dans le miroir 4,non pas un échangeur thermique mais des piles photo-volta#Qties, ou m#me de remplacer la couche réfléchissante du fond 4 par un groupement aussi étendu de piles de mêle nature massiques. La conformation de ce fond est alors affranchie de toute condition optique de focalisation de rayonnement réfléchi. Les caractéristiques de légereté extrème de ltagencement en cause permettent aussi son utilisation à terre.En effet, il permet de supprimer toutes les contraintes du support massif et des membrures vigoureuses de maintien,qui sont obligatoires avec des miroirs de construction classique et ce,avec des dimensions passant à un ordre de grandeur très supérieur.L'utilisation peuj être envisagée avec une protec tioicontre les risques météorologiques sans difficulté puis que,: en cas de tempête ou autre manifestation violente analague,la captation du rayonnement solaire,généralement absent, par suite de ltexistence d'une couverture nuageuse importante,peut être interrompue,et la mise à l'abri de la structure peut résulter de son repliage,suivi d'une nouvelle expansion dès le rétablissement des conditions normales acceptables d'atmosphère et d'insolation. Dans la forme d'exécution de la figure 2,le fond réflé- chissant 4a de la,structure gonflable la est du côté du support 5a,lequel laisse passer dans sa membrure une paire de tubes entretoises 16,lesquels supportent à leur extrémité voi Xe du dôme transparent 3a au rayonnement incident f1 > , un protecteur thermique 6a,en regard duquel se situe un éeMangeur-chaudière 7a en communication avec les tubes 16. Le support 5lest monté sur un ensemble d'articulation 13a formant un mécanisme analogue à une monture dite "équatoriale" de télescope vis-àvis d'un pylône 14a et d'un socle 15a et cette articulation peut être franchie par des raccords flexibles 17,reliant les tubes 16 à une installation thermodynamique et à un condenseur > fixes,extérieurs et non représentés. Le support 5a,au delà de l'articulation 13a,est prolongé par une extension 18 porteuse d'un bottier i9 qui peut contenir,en complément d'un contre-poids d'4quilibrage,un appareillage de contrôle de l'orientation en azimut et site de l'taxe géométrique et optique du miroir 4a,de l'échangeur 7a, de manière à maintenir un pointage permanent vers le soleil, ce qui peut se faire avec une force motrice très réduite malgré l'étehdue de la surface de captage,compte-tenu de la légèreté de la structure gonflable la.Cette légèreté pourait d'ailleurs être encore renforcée,si l'on utilise un gaz de gonflage à faible densité,tel que de l'hélium,par exemple, qui peut ajouter son effet densimétrique relativement à l'air de ltatmosphère extérieure. Dans un tel agencement d'utilisation terrestre,de même, la solution thermodynamique de production d'électricit! pourrait se voir substituer des piles photo-voltaTques,soit sur la surface focale du miroir 4a,soit sur la paroi elle-même de ce fond 4a. De m#me encore, une telle disposition pourrait être adoptée à bord d'aéronefs,installations terrestres mais aéronautiques,en tant qu'utilisation de la surate de leur enveloppe gonflable qui leur sert d'élément sustentateur-à bord de ballons à gaz ou de ballons à air chaud du genre dénaimé "Mont golfière",captifs,libres aussi bien que dirigeables,et l'importante puissance ainsi recueillie peut autre utilisée avec bénéfice à toutes fins,force motrice d'appoint au déplace- ment,notamment > ou m#me entretien de la température de l'air chaud de sustentation. Les applications de l'invention ne sont d'ailleurs pas limitées à l'utilisation de telles structures gonflables à la collecte et à l'utilisation des rayonnements électro magnétiques,en lumière visible,en ultra-violet et en infrarouge,principalement,mais s'étendent au contraire à toutes lis;autres énergies vibratoires,notamment celle des vibras tions mécaniques,en milieu de transmission élastique,les vibrations sonores audibles et voisines,plus spécialement. il va de soi,en outre que,sans sortir du cadre de l'invention,des modifications peuveht autre apportées aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites.C'est ainsi que entre dôme et fond,le segment de cylindre pourrait parfaitement être allongé,se voir réduit,ou même être supprimé totalement,en cas de nécessité. Revendications 1. Dispositif capteur d'énergie dans un rayonnement,caractérisé par le fait qu 'il comprend une étendue de captage appartenant à une structure gonflable,rigidifiée en expansion. 2. Dispositif selon la revendication ?,caractérisé par le fait que l'étendue de captage est réfléchissante vis-à-vis du rayonnement. 3. Dispositif selon la revendication 1,caractérisé par le fait que étendue de captage porte des moyens de conversion d1énergie,notamment des piles photo-volta#ques. 4. Dispositif selon la revendication 2,caractérisé par le fait qu'il comporte,en association avec la structure en cause,des moyens de conversion d'énergie disposés à l'emp- lacement où le rayonnement réfléchi par ladite étendue de captage est concentré par focalisation,ladite étendue de captage réfléchissante étant conformée à cet effet,lesdits moyens de conversion d'énergie étant formés par des piles photo-voltalques ou par une source chaude d'une machine thermique,dans le cas d'un rayonnement électromagnétique,ou par tout autre détecteur convenable,notamment sensible aux variations de pression,dans le cas d'un rayonnement acoustique. 5. Dispositif selon la revendication 4,caractérisé par le fait que le convertisseur d'énergie à source chaude est complété par une machine thermique et une source froide,lesquels, dans le cas d'une utilisation spatiale dudit dispositif,sont portés par un support de ladite machine,ladite source froide étant soit extérieure à la structure pour être exposée directement à l'ambiance spatiale,soit intérieure à celle-ci,le fluide de gonflage servant dtintermédiaire entre source froide et paroi de structure servant alors de surface déchante avec ladite ambiance,alors que,pour une utilisation terrestre, machine et source froide peuvent être situées séparément et à distance. 6. Dispositif selon la revendication 5,caractérisé par le fait que structure et convertisseur associés sont montés par articulation sur un support avec éléments détecteurs et moteurs d'orientation,de contrôle de conformation et de gonflage, intégrés dans le cas d'une utilisation spatiale,et séparables dans le cas d'une utilisation terrestre,lesdits éléments comportant notamment des treuils et câbles liés respectivement au support d'élément convertisseur et aux parois de la dite structure.