Brevet FR2539852A1 — publié le 19840727

La présente invention est relative a un concentrateur solaire qui permet notamment grâce a un circuit caloporteur de procurer de l'eau chaude ou de la vapeur. En fonction des quantités de chaleur que ce circuit caloporteur peut céder, on peut par exemple penser à utiliser un tel dispositif pour le dessalement de l'eau de mer ou comme centrale électrique. Bien que la captation et les applications de l'énergie solaire, tant dans le domaine domestique que dans le domaine industriél, fassent depuis quelques années l'objet d'études systématiques,on connaît déjà des capteurs solaires notamment pour des usages domestiques. Ainsi dans le brevet français NO 1 325 108 est décrit un four solaire dans lequel de l'énergie solaire ou des radiations solaires sont transformées en chaleur. Ce four comprend des parois réfléchissantes,sétendant vers l'intérieur d'une enveloppe selon des angles de 1200 environ, vers une plaque collectrice plane noire, de telle sorte que pratiquement tout le rayonnement pénétrant dans l'ouverture de l'enveloppe délimitée par les parois réfléchissantes, est uniquement dirigé vers la plaque collectrice. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 028 856 est relatif à un four solaire domestique qui comprend une surface plane entourée de parois obliques. L'angle d'inclinaison de celles-ci est tel que lesrayonsso- lairesse réfléchissant sur elles sont renvoyés sur cette surface plane. Ces parois sont raccordées entre elles par des surfaces triangulaires dont la pointe est dirigée vers la surface plane. De tels fours solaires ne permettent en général que d'atteindre des températures comprises entre 153 et 1580C au maximum. De par leur construction même il existe de notables différences de températures à la surface de la plaque collectrice car la répartition des rayons reçus par celle-ci n'est pas uniforme : elle est en particulier plus importante au centre ainsi qu'en certains points de cette plaque. Aussi la présente invention a t-elle pour but de fournir un concentrateur solaire permettant, d'une part, d'atteindre des températures supérieures a 2000C au niveau de la plaque collectrice et, d'autre part, d'obtenir une répartition de la chaleur aussi uniforme que possible au niveau de la plaque collectrice. Un objet de la présente invention est un concentrateur solaire de ce type qui est de construction simple et d'un prix de revient relativement faible pour ce type dsap- pareil. Ce but et cet objet ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par le concentrateur solaire selon la présente invention, qui comprend un socle de base sur lequel est disposé un berceau supportant un réflecteur muni d'une plaque captrice. Ce réflecteur est composé d'au moins deux étages de miroirs Chaque étage comporte un cadre en forme de tronc de pyramide de préférence à sec tion carrée, allant en s'évasant à partir de la plaque captrice. De préférence,l'angle fait par. le miroir de l'étage le plus proche de la plaque captrice avec celle-ci est compris entre 115 et 1300 En particulier,il est de 1200. Avantageusement,les angles faits par les miroirs des autres étages avec la plaque captrice sont inférieurs à 1200. Ils sont en particulier compris entre 1130 et 1170. Selon la présente invention,ce concentrateur solaire comporte un circuit caloporteur comprenant notamment un réservoir situé derrière la plaque captrice duquel part un cir- cuit départ et auquel aboutit un circuit arrivée, ces deux circuits étant situés pour une partie de leur parcours dans le berceau et le socle de hase. De préférence, le berceau est constitué par un support en U, le réflecteur étant situé à l'extrémité supérieure de ses deux branches, disposé sur un plateau circu- laire pouvant tourner autour d'un axe central. Avantageusement, le bord de ce plateau circulaire est pourvu de dents qui coopèrent avec un galet entraîné par un moteur situé de préférence dans lé socle de base. Le miroir de chaque étage comprend quatre miroirs plans disposés chacun selon un des côtés de la plaque captrice et reliés entre eux par des miroirs tronconiques dont le sommet serait ou est constitué par un des sommets de la plaque captrice. Un tel concentrateur solaire peut également comprendre un dispositif permettant de régler en site l'orientation du réflecteur. En conséquence, le réflecteur peut suivre la marche du soleil de façon que son axe reste parallèle auxrayons solaires. La description qui suit, ne présente aucun caractère limitatif et doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente un capteur solaire selon la présente invention comportant un réflecteur à deux étages, en vue de face ; - la figure 2 est une vue arrière de ce même capteur - la figure 3 est une coupe verticale d'un réflecteur à deux étages selon la ligne TTTde la figure 4 - la figure 4 est une vue en plan d'un réflecteur à deux étages ; et - la figure 5 est une vue arrière d'un capteur en coupe partielle afin de montrer le système caloporteur. Ainsi qu'on peut notamment le voir sur les figures 1 et 2, un capteur solaire selon la présente invention comprend un socle de base 1 sur lequel est disposé un berceau 2 supportant un réflecteur 3 muni d'une plaque captrice 4. Avantageusement le socle de base 1 a la forme d'un tronc de pyramide, de préférence à section carrée, procurant une assise correctesdu capteur solaire. La plaque supérieure de ce socle 1 est percée en son centre d'un orifice garni d'un manchon servant de palier simple ou de paliers de roulement dans lequel vient s'insérer un axe creux sur lequel est monté le berceau 2. Le berceau 2, comme indiqué précédemment, est monté sur un axe permettant ainsi sa rotation afin que le réflecteur 3 puisse suivre la course du soleil tout au long de la journée. Ce berceau comporte un plateau circulaire 5 dont le pourtour 6 est pourvu de dents qui coopèrent avec un galet 7 entraîné par un moteur (non représenté) de façon connue en soi. Selon un diamètre de ce plateau circulaire 5 est monté un support 8 en U, chaque extrémité supérieure des branches verticales comportant une échancrure pour le passage d'un des tourbillons duréflecteur.Ce réflecteur 3, selon le présent exemple de réalisation, est constitué de deux étages de miroirs : un étage inférieur 3a et un étage supérieur 3b. Chaque étage comporte un cadre en forme de tronc de pyramide, de préférence à section carrée, allant en s'évasant à partir de la plaque captrice 4. Sur ce cadre sont disposées des plaques trapézoidales sur lesquelles sont fixés des miroirs. L'angle de chaque plaque, donc de chaque miroir, avec la plaque captrice 4 est d'environ 1200 pour le premier étage 3a afin que les rayons solaires captés par un de ces miroirs plans soient réfléchis sur la surface totale de la plaque captrice 4. Comme pour un bon rendement d'un tel capteur solaire, il faut concentrer le maximum de "surface" solaire sur la plaque réceptrice 4, il faut éviter que les rayons solaires captés par un miroir plan se réfléchissent sur le miroir opposé et nesoxnt-ainsi renvoyés hors du capteur (figure 3). En conséquence les plaques trapézoldales disposées sur le cadre de l'étage supérieur 3b doivent faire un angle avec la plaque captrice 4 d'environ 1140. Après le calcul cet angle devrait être exactement de 1140 32 minutes. A chaque sommet du cadre est disposé une plaque en forme de quart de cône dont le sommet réel ou fictif est matérialisé par un sommet de la plaque captrice 4. Le cadre de l'étage inférieur 3a est pourvu de deux tourillons creux 9a et 9b, dont le diamètre et l'épaisseur ont été calculés pour résister à la charge qu'ils doivent supporter, et qui sont mis en place dans les échancrures des branches verticales du support 8 en U. I1 y a lieu de faire remarquer que ces tourillons sont positionnés afin d'obtenir le meilleur équilibre de l'ensemble réflecteur-plaque captrice. Quant aux miroirs qui sont disposés sur le cadre de chaque étage, ils sont constitués en tous matériaux refléchissants tels qu'un support transparent argenté, une plaque de métal pur poli comme par exemple un acier inoxydable, un produit revêtu d'une surface réfléchissante par métallisation ou pulvérisation cathodique. Comme représenté sur la figure 4, à l'éta- ge inférieur 3a, les miroirs comprennent quatre miroirs plans rectangulaires 10a raccordés par quatre miroirs en quart de cône îîa. A étage supérieur 3b, les miroirs sont constituéségalement de quatre miroirs plans rectangulaires lOb et de quatre miroirs llb en forme de couronne circulaire venant s'adapter au-dessus des quatre miroirs ila en quart de cône. Ainsi qu'il a été dit, le réflecteur 3 ainsi constitué est disposé autour d'une plaque captrice 4 sur laquelle sont reçus non seulement les rayons solaires directs mais également les rayons solaires réfléchis par les miroirs des différents étages. Cette plaque captrice 4 est montée à l'intérieur d'un cadre sur lequel est également fixé un réservoir 12 pour le liquide caloporteur, ce réservoir étant situé derrière la plaque captrice 4 transparente dans le présent exemple de réalisation, pour les rayons solaires. Sur la figure 5, on a représenté un capteur solaire selon la présente invention vu en coupe partielle au niveau du berceau 2 et du socle de base 1, afin de montrer le circuit caloporteur. Ce circuit comporte, d'une part, une conduite "départ" 13 dans laquelle circule le liquide caloporteur chaud, et, d'autres part, une conduite "retour" 14 dans laquelle circule le liquide caloporteur froid. Selon la présente invention, ces deux conduites pénètrent dans l'axe creux du plateau circulaire 6 puis, chacune dans une des branches du support 8 en U. Chaque conduite est reliée au réservoir 12 en passant dans le tourillon correspondant. Bien que la présente description soit relative à un concentrateur solaire dont chaque étage comporte un cadre en forme de tronc de pyramide, la présente invention est également relative à un concentrateur solaire dont chaque cadre est en forme de tronc de cône. REVENDICATIONS 1.- Concentrateur solaire, qui comprend un socle de base sur lequel est disposé un berceau supportant un réflecteur muni d'une plaque captrice, caractérisé en ce qu'il est composé d'au moins deux étages de miroirs (3a, 3b), chaque étage comportant un cadre en forme de tronc de pyramide de préférence à section carrée, allant en s'évasant à partir de la plaque captrice (4). 2. -Concentrateur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle fait par le miroir de l'étage le plus proche de ladite plaque captrice (4) avec celle-ci est compris entre 115 et 1300C. 3.- Concentrateur solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit angle est de 1200. 4.- Concentrateur solaire selon l'unecuelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les angles faits par les miroirs des autres étages avec la plaque captrice (4) sont inférieurs à 1200. 5.- Concentrateursolaire selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit angle est compris entre 113 et 1170. 6.- Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit caloporteur comprenant notamment un réservoir (12) situé derrière la plaque captrice (4) duquel part un circuit départ (13) et auquel aboutit un circuit arrivée (14), ces deux circuits étant situEs pour une partie de leur parcours dans le berceau (2) et le socle de base (1). 7.- Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit berceau (2) est constitué par un support (8) en U, le réflec- teur (3) étant situé à lextrémité supérieure de ses deux branches, disposé sur un plateau circulaire (5) pouvant tourner autour d'un axe central. 8.- Concentrateur solaire selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bord (6) dudit plateau circulaire (5) est pourvu de dents qui coopèrent avec un galet (7) entraîné par un moteur situé de préférence dans le socle de base (1). 9.- Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le miroir de chaque étage comprend quatre miroirs plans disposés chacun selon un des côtés de la plaque captrice (4) et reliés entre eux par des miroirs tronconiques dont le sommet serait ou est constitué par un des sommets de la plaque captrice. 10.- Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il com- prend également un-dispositif permettant de régler ensuite l'orientation dudit réflecteur (3). 11.- Concentrateur solaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit cadre est en forme de tronc de cône.