Brevet FR2544086A1 — publié le 19841012

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L1INUENIION L'invention est relative au procédé de captage et concentr ation des rayons solaires à l'aide d'un système optique en l'occurence de miroirs réflecteurs disposés selon une géométrie propre et répartis symétriquement par rapport à un axe, lequel axe restera dirigé vers le soleil à l'aide de dispositifs d'orientation connus, le foyer du système se situant à l'arrière du catoptrique.A cet effet l'appareil destiné à concentrer par réflexion et utiliser énergie solaire est caractérisé essentiellement en ce que tous les miroirs rXflecteurs ont une allure rectiligne en coupe par n'importe quel plan passant par son axe et renvoie directement sans autre réflexion les rayons incidents vers le foyer. Les miroirs réflecteurs sont disposés de telle sorte qu'il n'existe aucune ombre portée sur la partie catoptrique en période de fonctionnement et que toute la surface réceptrice est utilisée.Les miroirs réflecteurs sont disposés de telle manière que les rayons réfléchis puissent parvenir au foyer sans être interceptés par un autre miroir réflecteur ou etre renvoyés vers la sources Dispositif connu à ce pour Ils sont extrêmement variés - en effet nous avons 10/ des panneaux fixes ou mobiles constitués à l'aide de récipients plats de grande surface de quelques centimètres d'épaisseur. Ils contiennent un liquide, de l'eau en général, et sont destinés à produire l'effet de serre.Ces panneaux sont recouverts de vitres transparentes et accumulent des calories qui sont véhiculés par un système échangeur à thermo-syphon, oupompe et son véhiculés vers un réservoir calorifugé où est stocké le liquide chaud. 20/ Les capteurs solaires à miroirs existants sont à notre connaissance les suivants . Le générateur solaire de Mouchaut (la Nature 1876) . La marmite solaire de Meochaut -la Nature 1876) La marmite solaire est celle qui se rapproche le plus de notre appareil, mais elle présente la caractéristique de renvoyer les rayons solaires vers l'axe du système et non vers le fond. Le système du four solaire d'QDFILLO qui comporte des réflecteurs qui renvoient les rayons sur une surface concave qui elle même réfléchît en un rayon convergeant vers un four. Le principe utilisé pour la centrale blectro-statique française THEMIS à TARGASONNE qui présente la caractéristique d'avoir un certain nombre dtheliostats réfléchissants ver la source 9 la source étant matbria- lisée par une tour de récepteurs. Le système des héliostats THEK qui ne sont ni plus ni moins que des miroirs paraboliques ayant eux aussi un four à l'avant du système. Les derniers renseignements sont extraits des brochures "électricité de FRANCE et énergie solaire" ref. 3546 "électricité de FRANCE = la premiè re centrale électro-solaire Française &commat; C N E THEMIS 2500 kw I 38 82 de mai 82. Le dispositif de convergeance orientable destiné à capter et à utiliser l'energie solaire, procédé SMES VIGOUREUX DELECOURT, demande de brevet déposé le 07.01.75, autorisation de l'exploitation accordé par 1'I N P I publié en mars 1970. Ce procédé présente la caractéristique d'utiliser des réflecteurs et des contre-rXflecteurs pour arriver au même résultat que nous.- Ce principe présente l'inconvénient d'une assez grande complexité au niveau catoptrique.- De plus tous les systèmes nommés précédemment font l'objet de plusieurs réflexions ou de réflexions de rayons à angles aigus.Ce qui implique une perte plus importante au niveau des miroirs. - CARACTERISTIQUES de 1'INVENTION L'appareil est composé de : Un système catoptrique qui utilise un ensemble de surfaces réfléchissantes, son plan supérieur étant recouvert d'une plaque transparente de protection, des moyens récepteurs de l'énergie ainsi concentrée placée sur le dispositif à qui l'on peut donner le volume optimal sans risquer l'intercepter les rayons solaires de la surface captrice, des moyens de poursuite de la course apparente du soleil. Catoptrique C'est lui qui a guidé nos recherches. Nous voulions en effet, un système qui nous permette d'utiliser les miroirs au mieux de leur rendement, c'est à dire de telle sorte que les rayons incidents forment un angle qui soit le plus grand possible avec la normale au miroir.En effet plus un rayon est rasant meilleure est la réflexion et plus le rayon arrive de manière perpendiculaire au miroir plus la perte engendrée par la réflexion est importante. De plus nous avons recherché un système qui soit simple et nous permette d'obtenir à l'arrière du catoptrique une surface de concentration homogène. De cette manière nous pouvons donner au moyen capteur (ou four) la dimension nous permettant d'obtenir un rendement optimum et ce sans nuire à la surface de réception. Le capteur est constitué d'une juxtaposition de miroirs réflecteurs à surface tronçonique disposés autour des axes de révolution. Les miroirs serontréalisés aux choix en tôle d'aluminium, en inox poli, en résine po ibère traité ou en miroirs souples collés sur un support polyester. Le dispositif représenté en coupe sur la Fig. nO 1 possède la caractéristique de pouvoir être agrandi ou réduit de manière homothétique.- On peut aussi de cette manière augmenter le nombre de miroirs réflecteurs afin d'obtenir une concentration plus importante ou en supprimer de la même manière si l'on a besoin d'une concentration moins importante pour une consommation d'eau chaude sanitaire pour maison individuelle par exemple. I1 est évident que l'augmentation du nombre des miroirs réflec teurs fera varier le rapport hauteur largeur ou hauteur diamètre.- Sont répartis sur la figure a b c d e quelques uns des incidents. 1 2 ) miroirs réflecteurs coniques d'angle différent 3 ) al b2 Direction des rayons réfléchis sur miroir réflecteur nO 3 correspondant aux rayons incidents de la zone A3 bol l Direction des rayons réfléchis sur miroirs réflecteurs nO 2 et correspondants à la zone des rayons incidents comprise entre b et c cl Direction des rayons réfléchis sur miroirs réflecteurs nO 1 et corres pondants à la zone des rayons compris entre c et d pas de réflexion absorption directe B Représente moyen capteur ou batterie four. - Mode de réalisation Exemple Plusieurs possibilités se présentent à nous pour la construction de l'appareil et du support des réflecteurs stratifiés et moulés en résine de polyester et filtre de verre, enduit synthétique de surface coloré dans la masse ; injection par pistolet à stratifier. Miroir catoptrique aluminium poli, miroir découpé et collé, par colle synthétique à base de résine. Diamètre du récepteur 3,50 m Diamètre à la base du miroir nO 3 2 m 50 Diamètre à la base du miroir nO 2 1 m 50 Diamèt re à l'entrée du four B O m 50 Hauteur dru catoptrique 3 m 00 Surface active 9,62 m2 Angle de révolution autour de l'axe 180 Vitesse angulaire de poursuite 150/H. Consommation prévue environ 4 à 10 watts Capacité à la source 10,724 Kw/H. I1 est bien entendu que ce chiffre n'a aucune valeur réelle mais représente une valeur moyenne. La fabrication du système capteur représente la partie la plus difficile pour la construction de cet appareil. Il sera nécessaire de procéder à plusieurs opérations. 10/ Faire un moule en platre Pour ce faire on emploie un système en bois ayant en gros la forme désirée. A l'axe de ce système en bois sera fixé un gabarit de la forme exacte désirée et qui pourra tourner librement . La partie bois sera recouverte de platre et on donnera la forme désirée au pré-moule en faisant tourner le gabarit autour du platre. Une fois le platre sec, il sera nécessaire de l'enduire d'un produit évitant à la résine de coller au moule. Ceci fait on fabriquera un support miroir, utilisant la même technique que celle pour la fabrication des bateaux polyester.- Ce support de miroirs ne sera pas utilisé en tant que tel mais servira à faire un moule définitif plus solide en résine. Le contre moule sera fabriqué en six parties qui présentent l'avantage de pouvoir être démoulés plus facilement alors qu'il est pratiquement impossible de démouler un bloc. Pour ce faire lorsque l'on coulera la résine et l'on déposera la fibre de verre, il sera prévu des entretoises découpées épousant la forme du moule sur toute la longueur. Les entretoises seront en acier et d'une épaisseur de 1 mm et seront dirigés la tranche vers l'axe du moule. On procèdera de la même manière pour tous les éléments en résine qui entrent dans la composition du capteur solaire. FABRICATION Les miroirs ne seront pas fractionnés mais grâce à l'utilisation de la souplesse des matériaux utilisés seront découpés et collés sur le support en polyester. LISTE des MATERIAUX PREVUS POUR LA CONSTRUCTION du CAPTEUR SOLAIRE Verre de protection 10 m2 Tube flexible sortie de chaudière 2 Une chaudière utilisant un système aileté, la tubulure étant croisée comme dessinée sur Fig. 3 B ; mousse de polyuréthane, tissus de verre divers, pied en acier fer à U, calorifuge, contre-poids. MODE de REALISATION Entre le système catoptrique et le système d'orientation, le support des miroirs réflecteurs sera fait de telle sorte que au niveau desdits miroirs, 1 et 2, l'épaisseur de fibre de verre et de résine sera plus importante de telle manière que l'on puisse fixer la ceinture acier au niveau du miroir réflecteur 2 afin de limiter le poids de l'ensemble par uncontre-poids très important (Fig. 1) au cas où la ceinture acier serait trop près du four.Cette ceinture acier devra permettre l'introduction et le blocage d'un arbre qui sera asservi au système d'orientation. Afin de rendre l'ensemble plus solide, il est envisageable de remplacer ou additionner à l'arbre fixé sur la couronne, une tige rigide perpendiculaire à cet arbre et permettant d'avoir deux points d'ancrage diamétralement oppsés sur la couronne en acier (comme indiqué sur la figure 2) Le pied sera de dimensions conséquentes et positionné sous le centre de gravité de l'appareil. Le moyen capteur, ou four B, sera comme dessiné sur la Fig. 3, entouré d'une enveloppe en acier C de 1 mm. Cette enveloppe en acier est elle même entourée d'une enveloppe d'isolant D.Cette dernière étant elle même maintenue par une coque en résine polyester A, E représentant le contre-poids en ciment. I1 est à remarquer en outre qu'il est possible d'ajouter une collerette autour du plan capteur. Cette collerette permettraiit le pose de cellules photo-volcasques qui combinées à un dispositif de batteries génératrices assurerait l'autonomie de l'unité captrice. APPLICATION de ce SYSTEME Ce capteur est susceptible de subvenir 10/ à des besoins en eau chaude sanitaire de collectivité ou immeubles 20/ au besoin en chauffage d'une petite villa, bureaux, en prévoyant malgré tout une chaudière d'appoint 30/ au chauffage pour des piscines De plus combiné à :: des systèmes à absorption l'appareil aura double emploi - celui de produire de la chaleur en période hivernale - celui de produire du froid en période estivale et ceci grâce au système à absorption. . des systèmes de pompes solaires récemment mises au point qui pourront permettre d'améliorer le rendement et la puissance de celles-ci, ce qui avec la collerette et les cellules photo-volcaiques donnera une unité autonome de pompage dont l'utilisation est toute trouvée dans les pays Africains ne disposant pas de sources d'énergie ou pour des stations de pompageagricole éloignées des sources d'énergie . des systèmes de générateurs électriques. Néanmoins, il faudrait utiliser le capteur ne correspondant pas tout à fait à la figure 1. En effet, il est nécessaire d'avoir des concentrations très importantes pour réussir à fabriquer de l'electricité par système de turbine à vapeur par exemple. REVENDICATIONS I -, SYSTEME CATOPTRIQUE (Fg 1) caractérisé en ce qu'il permet de réfléchir la lumière solaire (a b c d) vers l'arrière du système (B) et suivant la direction (al b2, bl c2, cl) et ce sans utiliser plus d'une réflexion grâce aux miroirs 1, 2 et 3 II - DISPOSITIF selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens capteurs (Fig. 3) utilisent un système aileté à tubulure croisée (B).