Brevet FR2567995A1 — publié le 19860124

Les collecteurs solaires focaux, tant les sphériques et paraboliques que les cyLindriques et cylindro-paraboli- ques., se composent de 2 éléments fondamentaux: le miroir concave et la structure le supportant, celle-ci rendant. éven- tuellement possible. son orientation. Le miroir. est réalisé normalement en matériau rigide. (métal, verre. etc) ou semi-rigide (résines, fibre de verre, plaques de matières plastiques, etc.). Dans ce dernier cas, il faut généralement rendre les bords rigides au moyen de différents renforts (p.ex. tube métallique entourant le miroir et lui servant de soutient, etc.). O-ans d'autres cas (certains types de miroirs pliants), on obtient la forme concave au moyen de tiges disposéss de la même manière que cellas d'un parapluie. Pour les miroirs d'une certaine taille, il fait, en plus du support, une structure qui leur. confère la rigidité nécessaire, quoiqu'ils soient métaLliques ou en verre, étant donné leurs dimensions St la poids du matériau. tout cela supposa des coûts considérables, énormément de travail et des procédés de fabrication compliqués, impropres, surtout lorsqu'il s'agit de dimensions relativement grandes, d'une fabrication en séria, rapide, simple et peu coûteuse. Le procédé exposé ci-dessous permet d'obtenir des collecteurs solaires focaux à un coût extrêmement réduit, fabriques en se rie et à un rythme très rapide. Les collecteurs solaires focaux selon L'invention se composent de 2.parties fondamentales: 1) structure portante pneumatique et 2) Réflecteur pneumatique. Le matériau de la structure portante ainsi que du réflec teur doit être élastique, gonflable. La structur.e portante gonflé est easentielilement tubulaire et sa rigidité s'obtient au moyen de'la surpression de l'air enfermé à l'intérieur. Ces éléments tubulaires adoptent la forme appropriée à chaque cas, p.ex circulaire, rectangulaire., ou tout autre forme convenable plus complexe, et dé limitent latéralement, dans leur réalisation fondamentale, à la manière d'un cadre ou châssis relativement épais, un espa ce intérieur dont les limites vers le haut et vers 3ie bas sont constituées par les parois supérieure et inférieure du réflecteur, puisque celui-ci, en principe, est une espèce de housse enveloppant la structure portante, et sa forme coince de latéralement avec celle de cette dernière.Par example, s'il s'agit d'un miroir circulaire, autant la forme de la structure portante que celle du réflecteur sera circulaire. Dans le cas d'un miroir rectangulaire, les deux formes seront aussi essentiellement rectangulaire, etc. La paroi supérieure du réflecteur est métallisée et sa fonction est celle d'un miroir concave. La concavité s'obtient par dépression craée dans l'espace intérieur, c'est -å-dire l'espace délimité par la structure portante et les parois supérieure et inférieure du réflecteur, puisque celles-ci, en s'enfonçant sous la pression atmosphérique, qui est plus grande, adoptent la forme concave. Néanmoins, les parois latérales du réflecteur gardent leur forme, puisqu'el- les s'appuient sur les parois de la structure portante, qui conserve la sienne grâce à la surpression de l'air enfermé dedans, surpression tant par rapport à la dépression de 1 espace intérieur que par rapport à la pression atosphérique. En guise d'exemple d'une réalisation concrète nous citerons celle d'un collecteur solaire focal sphérique (fig. 1, 2, 3, 4, 5). Dans ce cas, si l'on rend rigide la structure portante (a) en la gonflant, le réflecteur (b) - en laissant entrer librement l'air dans son intérieur - adopte la forme d'un tambour et la structure portante. celle d'un.anneau creux situé à l'intérieur (fig 2); le diamètre du tambour coincide avec le diamètre extérieur de l'anneau (fig. 1), les pa rois latérales étant en contact avec l'anneau par leur face interne; et les Parois inférieure et supérieure du tambour recouvrent l'espace intérieur (c) délimité latéralement par l'anneau (a).Si l'on crée une dépression dans cet espace, les parois supérieure et inférieure du tambour s'affaissent an adoptant la forme d'une caliotte. sphérique (fig. 3). Autant la structure portante que le réflecteur ont cha- cun un orifice (fig. 1, d, e), qui permet d'entrer en contact avec l'atmosphère extér.ieure. Celui de la structure portante est nécessaire pour la gonfler, c'est-a-dire y créer une surpression par rapport à la pression atmosphérique et, naturellement, pour la dégonflen, quand il s'agit de plier tout le collecteur; celui du réflecteur est nécessaire pour y créer une dépression en laissant entrer moins d'air. qu'il n'en faudrait pour cet espace et pour la pression atmosphenique donnée, ou en laissant d'abord entrer l'air librement st an expulsant ensuite une partie de cet air-, par exemple, moyennant une pression manuelle sur l'une ou sur les deux parois du ré- réflecteur, ou an aspirant l'air d'une manière appropriée. ta fixation et l'orientation du collecteur s'effectue au moyen des appendicas (fig. 4, f; fig. 5, i, f), prolongements de la paroi du réflecteur en certains points, puisque le collecteur n'a pas besoin de. support, cette fonction étant acaomplie par la partie de la structure portante qui est en contact avec le sol. Même si cette. partie de la structure se déforme un peu (fig. 4, h), ce qui est nécessaire, en outre, pour que le collecteur s'appuie non pas en un seul point (col- lecteur sphérique); ou sur une seule ligne (collecteur cylin drique), mais sun touteune superficie malgré qu'elle soit; petite. (fig. 4, h > , le reste ne change pratiquement pas de forme ni de dimensions, grâce a l'élasticité du matériau, qui absorbe completement ces déformations, de manière a ce que. l'efficacité optique du miroir ne s'en ressente pas. L"orien- station du collecteur s'effectue en le faisant tourner autour d'un axe vertical, un pivot enfoncé dans le sol (fig. 4, g) que l'on introduit dans l'un des trous de l'appendice inférieur. (fig. 4, f; fig. 5, f), qui permet en meme temps de régler l'inclination du collecteur. ts appendices latéraux (fig. 5, i) peuvent servir, au besoin, à l'ancrage du collec- teur, en les unissant au moyen d'un cable à un autre ou aux autres pivots. Etant donné le poids réduit du collecteur, au lieu des pivots 1 on peut employer un objet quelconque d'un certains poids, une pierre, p. ex., un livre, etc., posé sur l'appendice inférieur ou sur les cables d'ancrage.On peut aussi utiliser des petits sacs en matière plastique, remplis de sable, de caillooux, de terre, etc., qui se fixent sur l'aS pendice. inférieur ou sur le ou les cables d'ancrage (non représentés sur la figura). I1 faut souligner que l'on opère avec des différences de pression minimes, par conséquent très facile à obtenir, et qui n'exposent pas le matériau à de grands efforts. Ces diffé- rences minimes sont assurées par l'emploi d'un matériau trgs fin et élastique pour les parois du collecteur, c'est-à-dire du réflecteur et de la structure portante, dont l'épaisseur peut être même inférieure à 0,1 mm. Par conséquent, on n'a pas besoin d'air comprimé pour le gonflage: il suffit un gonfleur; il est aussi très facile de gonfler la structure por-- tante simplement à la bouche, comme un ballon. Etant donné la petite épaisseur du matériau, le poids total du collecteur est très réduit, ce qui contribue aussi à ce qu'une différence supérieure des pressions ne soit; pas nécessaire, puisque, dans ces conditions, il est très facile de maintenir une rigidité suffiïsante du collecteur grâce à une surpression minime dans la structure portante. Pour obtenir des miroirs cylindriques, des formes rec-- tangulaires sont nécessaires. Dans ce cas, il convient que les tubes qui constituent la structure portante soient légère mant courbes, convexes, pour qu ils offrent une résistance suffisante à la pression atmosphérique extérieure, quoqu'ils adoptent une forge rectiligne une fois gonflés dans le réflectueur, puisque celui-ci, ayant une forme complètement rectangulaire, ctest-à-dire avec des côtés droits et non courbes, ne leur permet pas autre chose: ainsi agiront-ils comme des poutres précontraintes en garantissant un espace intérieur, qu'ils délimitent eux-memes, avec des côtés rectilignes. Lorsqu'ils sont dégonflés, tous ces éléments, c'est-à-dire a structure portante ainsi que le réflecteur, constituent des figures planes; ainsi, par exemple, un collecteur focal sphérique a une figure circulaire en forme de double feuille c'est le réflecteur du collecteur - avec un anneau également de double feuille, qui est la structura portante, entre les deux feuilles du réflecteur. Puisque son volume est déterminé par la superficie de la figure et l'épaisseur du matériau, il est évident que, dégonflé, il est axtremement petit par rapport au collecteur gonflé, puisque l'épaisseur des quatre feuilles ensemble peut atteindra moins de 0,4 mm.Naturellement, on peut travailler avec des matériaux plus épais, qui offrent une résistance mécanique plus grande, mais sauf dans des cas spéciaux, cela n'est pas nécessaire., puisqu'ils ne sont pas. soumis à des efforts mécaniques à l'exception de ceux qui découlent de leur propre poids, infime, et des différences de pression, minimes. En modifiant convenablement en sens radial (collecteur sphérique) ou en sens transversal; (collecteur cylindrique) de manière. continue ou discontinue, par. échelons, l'épaisseur de la paroi supérieure, métallisés, du réflecteur, on peut obtenir une section parabolique, ou quasi parabolique, ou de toute autre forme appropriée, du miroir. Etant donné que certaines pellicules plastiques ordinai res, existant sur le marché, et en outre utilisables pour 1 objet de la présente invention, ne se dilatent Oas toujours, lorsqu'on les gonfle, de la même manière dans le sens longitudinal que dans le sens transversal, ce qui est également le cas de certains matériaux gonflables, les parois du collecteur faites de ces matériaux devront se composer de deux fèuilles croisées, c'est-à-dire dont les axes longitudinaux, et par conséquent nécessairement transversaux, formentun angle droit. De cette manière l'on compensera totalement les différences dans la dilatation.Dans le cas contraire, le cercle se déformerait et prendrait une forme ovale, etc. I1 n'est absolument pas nécessaire que les feuilles soient collées, il faut les unir seulement par leur bords qui les unissent à d'autres parois. Les collecteurs salon la présente invention dirigent la radiation solaire vers le foyer avec une précision suffisante, conformément aux caractéristiques optiques de leurs miroirs (miroir sphérique, parabolique, cylindrique, etc.). Cependant, dans des cas spéciaux, on peut augmenter la précision optique en employant pour chaque paroi plusieurs feuilles du même matériau placées de manière à ce que leurs axes soient disposés radialement et régulièrement, c'est-à-dire en formant des angles égaux entre eux. On minimisera ainsi les éventuelles irrégularités dans le matériau, par exemple, l'élasticité et dilatabilité différentes en différents points, dues à une épaisseur non parfaitement uniforme ou à d'autres causes, etc., puisqu'il est difficile qu'un défaut donné dans un point donné d'une feuille coïncide à ce même point avec les éventuels défauts des autres feuilles. Ainsi, Si la paroi se compose, par exemple, de huit feuilles, un défaut donné se réduira à sa huitième partis, puisqu'il y a sept autres feuilles sans défauts à ce même point. Il n'est pas nécessaire que les feuilles soient collées. On peut résumer les avantages principaux du collecteur focal seLon l'invention dans lies points suivants: 1. Une grande simplicité de fabrication. On peut les fabriquer à partir de pellicules plastiques existant déjà sur le marché, en les soudant convenablement par un procédé usuel quelconque. Dans le cas du collecteur sphérique, par exemple, tout le processus de fabrication se réduit à trois opérations de soudage, la duration de chacune d'elles étant seulement de quelques secondes. Par conséquent, c'est un procédé qui permet une production en serine. I1 est possible aussi d'utiliser le procédé du moulage rotationnel. 2. Un prix de revient très réduit, pour les raisons exposées au point 1, d'une part, et d'autre part, du fait que l'on utilise un matériau très bon marché 8pellicules plastiques). 3. Un volume très réduit en état dégonflé, environ 600 fois plus petit qu'en état gonflé (pour un collecteur sphé- rique de 1,20 m de diamètre). 4. Un poids minimum étant donné la minceur de la pellicula qui constitue les panais du collecteur. 5. Un transport facila et peu coûteux, les caracteristiques exposées aux points 3 et 4, ajoutées au fait que le ma- tériau du collecteur est élastique, souple, et par conséquent pliables et que dans tout le collecteur il n'y a pas un seul élément rigide, pas meme le miroir, facilitent et baissantt énormement le prix; du transport; il n'est pas nécessaire non plus d'utiliser un emballage spécial. 6. Une manipulation et une fixation faciles, etc., grâce, d'une part, à leur poids très réduit, quelques centaines de grammes pour les modèles de 1,20 m de diamètre, et d'autre part, du fait qu'ils. n'ont pas besoin de support, puisque cette fonction est accomplie par la partie du collecteur qui est en contact avec la sol. 71. Un support individuel pour les casseroles, sa poeA les, etc., dans le cas des modèles utilisés comme cuisinieres solaires, celui-ci n'ayant aucun contact avec le collecteur qui, par conséquent, ne peut lui transmettre aucune vibration lorsqu'il fait du vent ni renverser les plats que l'on cuisine, défaut fréquent des modèles utilisés jusqu à maintenant, où le support pour les ustensiles de cuisine est soudé au support du collecteur, donc au collecteur lui-même, qui offre une grande surface de contact au vent. Les collecteurs du type cuisinière solaire sont spécialement appropriés pour être uttilisés pendant les vacances, sur les- plages, en campinç, en montagne, etc., étant donné leur poids- réduit et la possibilité de lesplier et de les mette simplement dans la poche. Ils sont aussi très indiqués pour les pays subtrapicaux, à l'insolation annuelle très importante;. REVENDICATIONS 1) Collecteur solaine focal pneumatique, basé sur las différentes pressions de l'air dans son intérieur et par rap- port à l'atmosphère ambiante, la forme concave du miroir étant obtenue par dépression, caractérisé en ce qu il se compose de 2. parties fondamentales: structure portante pneumatique (a) et réflecteur pneumatique (b), réalisées en matériau élastique, gonflable; que la structure portante (a) gonflée est fondamentalement tubulaire, sa rigidité étant obtenue. au moyen de la surpression de l'air contanu dans son intérieur; que l'on donne à ces éléments tubulaires la forme adéquate dans chaque mas, circulaire, rectangulaire ou toute autre forme convena- ble; que. ces éléments délimitent latéralement un espace. inté- rieur (c), dont les limites vers le haut et vers le bas sont constituées par les parois supérieure et inférieure du réflecteur (-b), qui enveloppe, a la manière d'une housse, la struc ture portante (-a). est dont la forme coïncide latéralement avec. celle de cette dernière; que la paroi supérieures du reflac- teur (b), est métallisée, sa fonction étant ce@le d'un miroir concave, la concavité étant obtenue par dépression créée dans 1 espace intérieur (c), c'est-à-dire l'espace délimité par la structure portante (a) et les parois supérieure et inférieure du réflecteur (b);;; et que la structure portante (a) et le réflecteur (b) ont chacun un orifice (e, d), celui de la première servant à la gonfler, et celui du second à créer une dépression dans son intérieur (c), ce. qui permet d'obtenir, en relation avec la forme de. la structure portante (a), des miroirs concaves sphériques ou cylindriques. 2) C-nllacteur solaire focal pneumatique selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que dans le cas des miroirs. cy lindriques. les tubas qui constituent la structure portante. (a) sont légèrement courbes, convexes, pour offrir une resistan ce suffisante à la pression atmosphérique extérieure, quoiqu'ils adoptent une forme rectiligne une fois gonflés dans le réflecteur (b). 3) Collecteur solaire focal pneumatique selon les revendications Q et 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de la paroi supérieure, métallisée, du réflecteur (b) est modifiée convenablement en sens radial (collecteur sphérique), ou en sens transversal collecteur cylindrique} de manière continue ou discontinue, par échelons, obtenant ainsi une section parabolique, ou quasi parabolique, ou de toute autre forme appropriée, du miroir, moyennant la dépression de l'espace inté- rieur (c) et les modifications de 1 épaisseur signalées. 4) Collecteur solaire. focal pneumatique selon las reven dication~s 1-3, caractérisé en ce que- l'on emploie, pour chaque. paroi , deux feuilles croisées au lieu d'une pour neutraliser la différente dilatabilité entre les ssns longitudinal et trans versal de certaines pellicules plastiques ordinaires. 5) Collecteur solaire focal pneumatique selon les revendications 1-4 caractérisé en ce que, pour augmenter la préci sion optique en minimisant les éventuelles irrégularités du matériau, on utilise, pour chaque paroi, plusieurs feuilles du même matériau placées de manière à ce que leurs axes soient disposés radialement et forment des angles égaux entre eux. 6.) Collecteur solaire focal pneumatique, basé sur différentes pressions de l'air dans son intérieur et par rapport à l'atmosphère: ambiante, la forme concave du miroir étant abtenue parr dépression. Le tout étant conforme à ce qui a été décrit et revendiqué. Ce mémoire se compose de 10 feuilles dactylographiées et numérotées d'un seul côté et de 2 feuilles de figures.