Brevet FR2518232A1 — publié le 19830617

-25 18232 L'invention a pour objet une structure de support pour capteur solaire du type comprenant un miroir concave destiné à concentrer les rayons captés vers un foyer o peut être placéepar exempleune chaudière. Le miroir n'ayant pas de rigidité propre doit être placé sur une structure de support, et, le plus souvent, celle-ci a la forme d'une cou- pole concave centrée sur un axe de visée et montée articulée autour d'un axe d'orientation en Azimut et d'un axe d'orientation en Site de façon à permettre l'orientation de l'axe de visée vers le soleil pour capter à tout moment le maximum d'énergie. La structure de support doit être rigide et ne pas se déformer au cours du temps de façon à conserver le profil de la surface réfléchissante. Cette rigidité doit en outre être assurée quellesque soient les orientation- de l'axe de visée. On peut réaliser la structure de support au moyen d'un ensemble de profilés assemblés selon les techniques classiques de la construction métallique Cependant, un capteur solaire étant d'assez grande dimension, il est nécessaire de prévoir au moins une faculté de démontage de la struc- ture ainsi que de la surface réfléchissante de façon à permettre le trans- port sur le site d'un certain nombre d'éléments peu encombrants qui doivent être facilement assemblés sur place. Les capteurs solaires pouvant gtre construits dans des régions isolées d'accès parfois difficiles, on a cherché des moyens pour réaliser une structure de support facilement transportable et montable sur le site et, à cet effet on a déjà proposé de réaliser la structure de support selon une technique bien-connue pour les échafaudages, c'est-à-dire sous la forme d'un ensemble de barres reliées par des noeuds d'assemblage Une structure de ce genre est décrite par exemple dans la demande de brevet européen 0025320 Dans un tel système, la coupole concave est constituée d'un treillis triangulaire qui se développe autour d'un noeud central placé sur l'axe Selon la forme à donner à la coupole, on peut imaginer divers assemblages de formes géométriques, mais il est intéressant que les assemblages soient réalisés à base de triangles, la surface réflé- chissante pouvant alors être constituée de facettes triangulaires fixées sur les barres. Un tel treillis triangulé concave n'a pas en lui-même une résis- tance suffisante pour-l'usage recherché et c'est pourquoi il est associé 18232 à un second ensemble de barre de raidissement se développant également à partir d'un noeud-central et qui peuvent constituer, dans une pluralité de plan 5 passant par l'axe, des demi-fermes indéformables s'étendant radia- lement à partir d'un poinçon central commun constitué par une colonne placée dans l'axe et portant à ses extrémités les -noeuds centraux d'assemblages des deux ensembles de barres. C'est un système de ce genre qui est décrit dans la demande de -brevet européen 0025320 citée plus haut mais un tel système présente l'in- convénient de placer les barres de raidissement à l'intérieur de la coupole ce qui-entraine évidemment une diminution de la lumière captée du fait de l'ombre portée par ces barres sur la surface réfléchissante En outre, il n'est pas facile d'adapter à une telle structure un système de support perme- tant d'orienter la coupole dans toutes les directions à partir d'un pivot central formant une articulation universelle. L'invention a pour objet une nouvelle structure de support cons- tituée également par un assemblage de barres et de noeuds, n'ayant pas ces inconvénients et présentant cependant les qualités requises de facilité de montage et de rigidité. Conformément à l'invention, l'ensemble des barres de raidissement est placé du côté extérieur au treillis concave ainsi que la colonne centrale et le noeud central sur lequel il est fixé est constitué par une base élargie formant pièce d'assemblage, fixé à l'extrémité de la colonne cen- trale le long d'un plan perpendiculaire à l'axe et sur laquelle sont ménagés des points d'ancrage d'au moins trois paires de barres de contreventement se rejoignant deux à deux sur trois noeuds d'assemblage du treillis concave placés au sommet d'un triangle-équilatéral centré sur l'axe, chaque paire formant un triangle dont le sommet est constitué par le noeud d'assemblage correspondant et dont la base est constituée par la pièce d'assemblage entre les deux points d'ancrage écartés l'un de l'autre des barres corres- pendantes. Dans un mode de réalisation préférentiel, le treillis concave se développe autour de six noeuds intérieurs placés au sommet d'un hexagone centré sur l'axe et les noeuds d'assemblage des barres de contreventement sont placés sur trois des sommets de l'hexagone formant un triangle équl- latéral, les trois autres sommets constituant des noeuds internes detrois demi-fermes indéformables qui sont placées dans trois plans radiaux passant par l'axe et formant des dièdres de 120 . Selon une autre caractéristique, l'ensemble des barres de raidisse- ment forme un treillis extérieur triangulé se développant à partir de la 18232 pièce d'assemblage et passant par six noeuds internes placés au sommet d'un hexagone dont les plans radiaux passent par les six noeuds internes du treillis concave auxquels ils sont reliés deux à deux par des barres formant poinçon, les trois noeuds internes du treillis extérieur correspondant aux noeuds internes de contreventement du treillis concave et étant relié éga- lement à la pièce d'assemblage chacun par une paire de barres formant un triangle de contreventement. Il est important de pouvoir règler sur place le profil de la surface réfléchissante et par conséquent du treillis concave qui la supporte, A cet effet, selon une caractéristique essentielle, la structure de support comprend un moyen de règlage de la longueur des barres permettant de posi- tionner avec précision les différents noeuds'du treillis. De préférence, chaque noeud est constitué par une pièce massive en forme de noix à plusieurs faces sur lesquelles sont ménagés les alésages dont les axes sont orientés suivant les directions des barres aboutissant aux noeuds. Des parties filetées ménagées sur les extrémités des barres cons- tituent le moyen de règlage de-la longueur des barres, avec des écrous et contre-écrous vissés sur les parties filetées-pour le blocage de la longueur de la barre à la valeur choisie. L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier, donné:à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. La figure 1 représente, en coupe axiale et partiellement en perspective, une structure de support réalisée selon l'invention. La figure 2 est une vue de dessus schématique de la structure de support. La figure 3 est une vue de dessus du treillis de raidissement le treillis concave étant enlevé La figure 4 est une vue en coupe axiale du mode de fixation des barres sur les noeuds. La figure 5 est une vue de côté en élévation, de la pièce centralq d'assemblage. La figure 6 est une vue de dessus de la pièce centrale d'assem- blage. Sur la figure 1, on a représenté en élévation une structure de support coupée par un plan passant par l'axe de visée et dont la partie arrière est représentée en perspective La structure de support se compose d'un treillis interne 1 et d'un treillis externe 2 se développant à partir et 20 Oé de deux noeuds centraux respectivement 10/centrs sur l'axe de visée xx' et reliés entre eux par une colonn I s'étendant le long de cet axe. Chaque treillis est constitué par un ensemble de barres reliées par des noeuds et sur-la figure 3-qui est une vue de dessus, on voit que les noeuds du treillis concave 1 se projettent suivant les sommets de deux hexagones concentriques, un hexagone -interne H 1 et un hexagone externe H 2 de telle sorte que les barres du treillis concave 1 se projettent suivant les côtés d'un ensemble de triangles équilatéraux. Comme on le voit sur la-figure 1, les orientations et les lon- gueurs des barres sont choisies de telle sorte que, en coupe par un plan radial passant par l'axeles barres du treillis concave enveloppent une parabole, la surface réfléchissante ayant ainsi la forme d'un paraboloide concentrant les rayons captés vers son foyer. L'hexagone intérieur HI passe donc par les noeuds intérieurs AI, A 2, A 3 A 6 alors que 1 ' hexagone extérieur H 2 passe par les noeuds Cl, 02, C 3 C 12. A chaque noeud intérieur Ai, A 2 du treillis concave 1, est associé un noeud intérieur Bl, B 2 du treillis extérieur 2 représenté en vue de dessus sur la figure 3 Les couples de noeuds (A, B) sont reliés par des barres 6. Si l'on coupe la structure de support par trois plàns (P, Q R) passant par l'axe et respectivement par les trois noeuds Al, A 3, A 5 de façon à former des dièdres de 1200, les barres placées dans chacun de ces plans forment trois demi-fermes indéformables. Ainsi, dans le demi-plan radial P qui correspond au plan de la figure 1 et qui passe par les noeuds Al, B 1 t, Cl, l'ensemble des barres reliant entre eux ces noeuds forme une demi-ferme ayant pour poinçons la colonne 3 et la barre-6 et constituée parle triangle 6, 11, 12 et par le quadrilatère 3, 4, 6, 7, rendu indéformable par la barre oblique 8 reliant le noeud central 20 du treillis extérieur -2 au noeud interne AI du treillis intérieur 1. Cette disposition assure la tenuie au déversement dans le demi-plan P et il en est de m 9 me dans les demi-plans Q et R Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, les points d'ancrage 21, 22, 23 des barres 7 et 8 sur le noeud central 20 sont écartés autant que possible de l'axe xx' dans les demi-plans P, Q, R et placés par conséquent aux sommets d'un triangle équilatéral, le noeud central 20 étant avantageusement constitué de trois bras 24, 25, 26 On peut ainsi donner une inertie importante aux demi-fermes constituées dans les plans P, Q, R sans allonger exagéremment la colonne centrale 3. D'autre part, les trois autres noeuds A 2, A 4, A 6 de l'hexa- gone intérieur H 1 placés dans les plans bissecteurs P' Q' R' des dièdres formés par les demi-plans P, Q, R, sont reliés chacun aux deux points d'an- crages du noeud central 20, placés de part et d'autre dudit plan bissecteur, par une paire de barres de contreventement formant un triangle isocèle dont la base est constituée par les points d'ancrage du noeud central. Ainsi le noeud A 2 placé dans le demi-plan R' est relié aux points d'ancrage 21, 22 par une paire de barres de contreventement, respec- tivement 81, 82 qui le bloquent en rotation autour de l'axe xx' et il en est de mime pour le noeud associé B 2 du treillis externe 2 qui est également relié aux points d'ancrage 21 et 22 par une paire de barres de contrevente- ment 71, 72 En outre, le noeud A 2 est relié au noeud central 10 du treillis interne 1 par une barre radiale 42 qui assure la tenue au déversement du couple A 2, B 2. La même disposition est adoptée pour les couples de noeuds A 4, B 4 et A 6, B 6 placés dans les demi-plans P' et Q' qui conmme le couple A 2 B 2 sont ainsi bloqués simultanément en rotation autour de l'axe de visée xx' et de l'axe perpendiculaire à celui-ci et au demi-plan radial dans leque ils sont placés. Les autres sommets A 1 A 3 A 5 de l'hexagone 4 sont également bloqués en rotation autour de l'axe xx' par les barres 5 formant les cotés de l'hexagone H 1 et qui relient chacun d'eux aux deux sommets qui l'enca- drent et qui sont eux-mêmes bloqués en rotation chacun par une paire de barres de conteeventement. L'hexagone extérieur H 2 a pour sommets 6 noeuds externes Ci, C 2 C 6 et passe par 6 noeuds intermédiaires C 7, C 8 012 Tous ces noeuds sont reliés entre eux par des barres 13 qui forment les côtés de l'hexagone H 2. Chaque sommet tel que C 1 est relié au couple de noeuds radial internes A 1, Bl placés dans le même demi-plan/par deux barres Il et 12 qui formentavec le poingon 6 correspondant, un triangle indéformable et assurent donc la tenue au déversement du noeud C 1. Chaque noeud intermédiaire tel que C 7 est relié à chacun des deux couples de noeuds internes tels que Al Bl et A 2 B 2 placés dans les demi- plans P et R' qui l'encadrent, par une paire de barres 14, 15 qui assurent sa tenue au déversement. Par ailleurs, l'ensemble de triangles 5, 14, 14 ' et 11, 13, 14 reliant deux à deux les noeuds internes A et externes C du treillis concave ( 1) et s'appuyant sur l'hexagone H 1, assure la rigidité torsion- nelle de l'hexagone H 2. Enfin, les noeuds internes BI, B 3, B 5 placés dans les demi-plans P, Q R, passant par les points d'ancrage 21, 22, 23 sont également bloqués en rotation autour de l'axe xx' par les barres 15 et 151 qui les relient aux noeuds intermédiaires tels que C 7 et C 12 placés de part et d'autre du demi-plan radial correspondant et eux-utmes bloqués en rotation. Les dispositions qui viennent d'être décrites et qui permettent de bloquer en rotation autour-de l'axe de visée et d'un axe perpendiculaire tous les noeuds internes et externes de la structure de support assurent donc la tenue au déversement et la rigidité torsionnelle de celle-ci, quelle que soit son orientation, tout en dégageant entièrement le coté de la con- cavité. On notera que l'inertie de l'ensemble suivant l'axe xx' est fonction de l'écartement des noeuds centraux et des noeuds internes et par conséquent de la longueur donnée au poinçon central 3 et aux poinçons 6 placés entre les noeuds internes. En outre, l'ensemble est léger et facilement démontable La constitu- tion du noeud central 20 en trois bras écartés 24, 25, 26 permet un montage facile sur un pivot articulé (figure 5) constitué d'une colonne 11 centrée sur l'axe xx' et-portant une chape 12 articulée sur l'un des bras 24-du noeud central 20 autour d'un axe 13-orthogonal à l'axe xx'. La colonne 11 peut tourner autour de l'axe xx' en entraînant l'ensemble de la structure porteuse, celle-ci pouvant 9 tre orientée autour de l'axe 13 par un vérin 14 dont les deux éléments sont articulés l'un sur la colonne Il et l'autre sur l'extrémité du b ras 24. Ainsi peut être assurée simplement l'orientation en Azimut et en Site de la structure porteuse. D'autre part, comme onlé voit notamment sur la figure 6, chaque bras tel que 24 porte à son extrémité trois faces d'ancrage 27, 28, 29 l'une ( 27) orientée dans la direction du bras 24 pour la fixation des barres 7 et 8 de liaison avec les noeuds internes Ai Bl placés dans le même demi- plan radial P les deux autres étant orientés vers les deux couples de noeuds internes A 2 B 2 l A 6 B 6 placés de part et-d'autre du demi-plan P pour la fixa- tion des barres de contreventement. Selon une autre caractéristique importante de l'invention, 1 'assen blage des noeuds et des barres sera fait de la façon représentée à échelle agrandie sur la figure 4 qui est une coupe de deux noeuds internes par un demi-plan radial. Chaque noeud est constitué par une pièce métallique-massive en forme de noix 9 comportant un fond 90 et des faces latérales 91 limitant un évidement central et formant des facettes 92 perpendiculaires aux axes des barres (b) qui convergent sur le noeud considéré et dont les directions dépendent de la position de celui-ci En raison des symétries, chaque type de noeud A B ou C peut en effet prendre deux formes selon que le noeud considéré est placé dans l'un des demi-plans PQ, D ou dans les demi-plans bissecteurs Pl Q' R'. Chaque facette ( 92) de la noix ( 9) est percée, dans l'axe de la barre (b) correspondante, d'un alésage ( 93) de m&oe diamètre, dans lequel s'engage l'extrémité (b) de la barre Celle-ci est filetée et est bloquée enposition règlable par un écrou ( 94) et un contre-écrou ( 95) qui s'appuient de part et d'autre de la facette ( 92) Après le montage de l'ensemble sur l E site, on peut donc, par exemple en se servant d'un gabarit, règler la posi- tion des noeuds du treillis interne 1 de façon à assurer la géométrie de celui-ci avec une grande précision, ce qui est très important pour la qua- lité du réflecteur. Dans l'exemple représenté, le réflecteur a une forme parabolique. Sans changer la disposition générale des barres et des noeuds mais en modi- fiant seulement leurs longueurs et leurs orientations, on pourrait cepen- dant donner au réflecteur une autre forme, par exemple sphérique - D'autre part, la structure décrite comportant un hexagone inté- rieur Hi et un hexagone extérieur H 2 convient pour les dimensions de réflec. teur normales dans ce type de matériel, mais on pourrait évidemment con- server le m 9 me principe de construction pour réaliser un treillis plus grand comportant par exemple une série de noeuds supplémentaires ou bien ayant une triangulation plus serrée. Ainsi, la structure porteuse faisant l'objet de l'invention est à la fois légère, parfaitement rigide et facilement démontable Le profil de la surface réfléchissante peut être régle avec précision En outre, le c 8 té de la'concavité est dégagé de tout élément pouvant faire de l'ombre 18232 sur le miroir etla totalité de la structure étant dessous des miroirs, avec- le nettoyage de ces derniers sera plus facile, notamoent/un outillage automatique articulé-autour de l'axe de la pièce centrale. Cet ensemble d'avantage est obtenu spécialement dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit mais l'invention ne se limite cependant pas à celui-ci, des variantes pouvant être imaginées en appli- quant les mêmes idées directrices. REVENDICATIONS 1 Structure de support pour capteur solaire comprenant deux ensem- bles de barres reliées par des noeuds d'assemblage, un premier ensemble ( 1) en forme de coupole concave centrée sur un axe de visée xx' constitué d'un treillis triangulé se développant autour d'un noeud central ( 10) placé de sur l'axe xx' et un second ensemble ( 2)/raidissement du treillis concave ( 1),maintenu écarté de celui par une pluralité de barres ( 3, 6) de longueur fixe formant poinçon, de telle sorte que les barres des deux ensembles pla- cées dans une pluralité de plans (P, Q, R,) passant par l'axe constituent des demi-fermes indéformables s'étendant radialement à partir d'un poinçon central commuon constitué par une colonne ( 3) placée dans l'axe xx' et portant à ses extrémités les noeuds centraux ( 10, 20) des deux ensembles de barres, caractérisé par le fait que l'ensemble ( 2) des barres de raidissement est placé du côté extérieur au treillis concave ( 1) ainsi que la colonne centrali ( 3) et que le noeud central sur lequel il est fixé est constitué par une base élargie ( 20) formant pièce d'assemblage, fixée à l'extrémité de la colonne centrale ( 3) le long d'un plan perpendiculaire à l'axe et sur la- quelle sont ménagés des points d'ancrage ( 21, 22, 23) d'au moins trois paire de barres de contreventement ( 81, 82) se rejoignant deux à deux sur trois noeuds d'assemblage (A 2, AI, A 6) du treillis concave ( 1) placés aux sommets d'un triangle équilatéral centré sur l'axe xx', chaque paire ( 81,82) formant un triangle dont le sommet est constitué par le noeud A 2 correspondant et dont la base est constituée par la pièce d'assemblage ( 20) entre les deux points d'ancrage écartés l'un de l'autre ( 21, 22) des barres correspondantes ( 81, 82). 2 Structure de support selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le treillis concave se développe autour de six noeuds intérieurs Ai, A 2, *a A 6 placés aux sommets d'un hexagone H 1 centré sur l'axe et que les noeuds d'assemblage des barres de contreventement ( 81, 82) sont placés sur trois des sommets de l'hexagone (A 2, A 4, A 6) formant un triangle équilatéral, les trois autres sommets (Ai, A 2, A 3) constituant des noeuds internes de trois demi-fermes indéformables qui sont placées dans trois demi-plans radiaux (P, Q, R,) passant par l'axe xx' et formant des dièdres de 1200. 3 Structure de support selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'ensemble ( 2) de barres de raidissement forme un treillis exté- rieur triangulé ( 2) se développant à partir de la pièce d'assemblage ( 20) et passant par six noeuds internes B 1, B 2 B 6 placés aux sommets d'un hexagone dans les demi-plans radiaux (P Q R P' Q' R') passant par les six noeuds internes (A 1, A 2 A 6) du treillis concave ( 1), auxquels ils sont reliés deux à deux par des barres ( 6) formant poinçon, les trois noeuds internes B 2 B 4 B 6 du treillis extérieur correspondant aux noeuds internes (A 2, A 4, A 6) de contreventement du treillis concave étant reliés également à la pièce d'assemblage ( 20) chacun par une paire de barres de contreven- tement ( 71, 72) formant un triangle. 4 Structure de support selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le treillis concave ( 1) comprend six noeuds extérieurs (C 1, C 2 C 6) placés aux sommets d'un hexagone extérieur H 2 dans les six demi-plans radiaux (P Q R P' Q' R') passant par les noeuds internes (A 1 B 1, A 2 B 2, A 6 B 6) et entre lesquels sont placés, à égale distance, six noeuds intermédiaires (C 7 C 8 C 12) formant les sommets de triangles dont les bases sont constituées par les cotés ( 5) de l'hexagone intérieur H 1, et que chaque noeud interne (B 1) du treillis extérieur ( 2) est relié par trois barres ( 12, 15, 15) d'une part au noeud extérieur (CG 1) placé dans le même demi-plan radial et d'autre part aux deux noeuds intermédiaires (C 7, C 12) placés de part et d'autre dudit demi-plan radial. 5 Structure de support selon l'une des revendications 3 et 4 caractérisé par le fait que la pièce d'assemblage ( 20) comprend trois points d'ancrage ( 21, 22, 23) placés aux sommets dtun triangle équilatéral et reliés par des barres dtune part aux noeuds internes (A 1, B 1, A 3, B 3, A 5 B 5) du treillis concave ( 1) et du treillis extérieur ( 2) placés dans le même demi-plan radial et d'autre part aux noeuds de contreventement (A 2 B 2, A 4 B 4, A 6 B 6) du treillis concave ( 1) et du treillis extérieur ( 2) placés de part et d'autre dudit demi plan radial. 6 Structure de support selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait qu'elle comprend un moyen de règlage ( 94, 45 de la longueur des barres pour le règlage du positionnement des différents noeuds. 7 Structure de support selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé par le fait que chaque noeud est constitué par une pièce massive formant une noix ( 9) comprenant des facettes ( 92) en nombre égal à celui des barres/aoutissant au noeud, orientés perpendiculairement aux directions de celles-ci et munies d'alésages ( 93) dans lesquels s'engagent les extrémités (b') des barres (b). 8 Structure de support selon les revendications 6 et 7, carac- térisé par le fait que les extrémités (b') des barres (b) sont filetées et bloquées en position réglable sur la noix 9 chacune par un écrou ( 94) et un contre-écrou ( 95) vissés sur l'extrémité filetée (b') et s'appuyant de part et d'autre de la facette ( 92) correspondante.