Brevet FR2595764A1 — publié le 19870918

La pressente invention concerne un dispositif pour transformer l'énergie solaire en énergie mécanique pour entrai ner en rotation des machines transformant lténergie méca- nique en énergie éléctrique,ou en énergies d'une autre nature. La transformation de l'énergie solaire s'effectue actuellement soit par transformation phovoltaique employant le procédé à semi-conducteurs,soit par concentration du rayonnement sur un absorbeur,situé en haut d'une tour,transférant les calories à un liquide caloporteur pour produire de la vapeur d'eau à travers un échangeur.La vapeur d'eau entraine un générateur d'énergie électrique à travers une turbine à vapeur,de faible puissance,produisant l'énergie électrique selon un régime de production en phase,en durée et en puissance,à celui de ltenergia solaire disponible au site de capitation, L'invention propose un dispositif rémédiant aux limitations décrites ci-dessus,pour implanter des complexes de production de très grande puissance,selon un régime permanent continu par un fonctionnement selon le procédé suivant. Le procédé (1) consiste à transformer l'énergie transportée par le rayonnement solaire,en calories,accumulées par l'eau, utilisée comme liquide caloporteur,pour permettre sa transformation,directement en vapeur surchauffée,utilisable en entrée d'une turbine à vapeur existante. L'eau portée à une température supèrieure à trois cents degrés centigrades,est contenue dans un conteneur-absorbeur modulaire (1G) -dit CAM- transporté du site de captation sur le site de production,situé à quelques kilometres,par un berceau roulant genre wagon de chemin de fer. A la sortie du site de captation,se forment des trains de plusieurs CAMs,arrivant au site de production par une voie (9) de chemin de fer,pénétrant et s'arrêtant dans un il dont les branches sont formées par les deux chaines de surchauffage (7) de vapeur d'eau. Une chaine de surchauffage (7) comprend un nombre n de CAMs (1C) connectés en sérielle CAM (12) de tête est connecté à la vanne trois-voies (2) dirigeant la vapeur d'eau à la turbine à vapeur par la conduite (5). Les n CAMs (12),sauf un,servent à surchauffer la vaDeur d' eau produite par le dernier CAM (11) de la charnelles deux channes de surchauffage (7) permettent l'alimentation en continu de la turbine à vapeur,par la vanne trois-voies (2) servant de biseau,lors de la commutation d'une channe de surchauffage (7) à l'autre. Le procédé (1) fonctionne de la manière suivante: lorsque toute la vapeur d'eau contenue dans le CAM (11) est produite,la channe de surchauffage (7),n'alimentant plus la turbine à vapeur,permet la déconnection du CAX (12) de tête de la vanne trois-voies (2).La vanne (2) relie l'autre channe (7) à la conduite (5) d'alimentation de la turbine à vapeur. Le premier CAM (10),en attente sur la voie (9),est intercallé dans la channe de surchauffage (7) inactive,entre la vanne (2) et le CAM (12) de tête,après sa déconnection.La channe de surchauffage (7) inactive est reconstituée après connection du nouveau CAM (12).Le CAM (11) de production de vapeur,vide, est déconnecté de la channe et remplacé par le CAm (12) de surchauf- fage antérieurement connecté au CAM (11). Le CAM (11) de production,vide,roule vers le condenseur de la turbine à vapeur pour son remplissage par l'eau resultant de la condensation de la vapeur en sortie de la turbine à vapeur. Le CAm rempli d'eau rejoint le train en partance sur la voie (8) de chemin de fer,pour retourner au site de captation. L'alternance des deux channes de surchauffage (7) permet 1' introduction d'un CAM (10) alternativement dans chaque chaSne. Les conteneur-absorbeur modulaires (1C) -dit CArI- circulent entre le site de captation de l'énergie solaire et le site de production de l'énergie mécanique,pour transporter des calories. La réalisation du procédé s'effectue par le dispositif, objet de ce brevet,constitué de deux éléments de base: un conteneur-absorbeur modulaire (10) -dit CAm -et d'un réflecteur concentrateur de rayonnement solaire (50) -dit RCRS organises en nombre pour fournir la quantité de CAMs par vingt quatre heures à l'Usine Modulaire Solaire de Production d' Electricité appelée SMSPE. Le CAM (10) est constitué d'un réservoir métallique parallé lepipedique (13) allongé permettant de transporter plusieurs dizaines de tonnes d'eau distillée,chimiquement et minéralement traitée pour fabriquer une tapeur d'eau pure. La surface verticale d'un grand coté (21) sert d'absorbeur de l'énergie solaire,sur lequel le rayonnement solaire est concentré. Il comprend deux pompes (14) de circulation d'eau, créant un mouvement de l'eau pour ameliorer le transfert de calorîesO A partir d'un faisceau (20) de captation elles projettent 1' eau sur la paroi absorbante par un faisceau (9)de distribution. Pour la surchauffe de la vapeur circulant dans la channe de surchauffage (7),la vapeur arrive dans une boule de jonction amont (16) ,se partage dans le faisceau tubulaire (18), pour se concentrer et sortir par la boule de jonction avale (17). La vapeur entre alors dans un detendeur-regulateur (3) servant de jonction entre deux CAMs (10) connectes en sériez Chaque CAM comprend un évaporateur (31) relise aux deux boules de jonction (16) et (17).La mise en service de 1'évaporatau-r (31) s'effectue au branchement du detendeur-regulateur (3) entre le CAM (11) de production de vapeur et le premier CAM (12) de la channe de surchauffage. Le CAM (10) comporte un trou d'homme servant de receptacle de remplissage et de porte pour l'inspection intérieure. Le CAM (10),reposant sur plusieurs pieds (25) isolant-amortisseur,est placé dans une enveloppe 1 (26). L'enveloppe 1 (26) recouvre le CArI (10) sur les cinq faces, autre que la face servant d'absorbeur. L'étancheité entre l'enveloppe (26) et- le CAM (io) est effectuée par des joints métalliques accordeon laissant l'espace nécessaire pour effectuer les branchements utiles. L'enveloppe'l (25) est placée dans une enveloppe 2 (27),sur les cinq faces,d'une manière fixe et étanche. Le vide est effectué dans les deux cavités existant entre les trois parois formées par les enveloppes 2 (27),l'enveloppe 1 (25) et la paroi du CAM (IO).Le vide est régénéré à chaque fois que nécessaire. L'enveloppe (27) est fixée sur la plateforme d'un wagon transporteur,par un certain nombre de pieds (25) isolant-amortisseur. La face absorbante (21) est protégée d'une carapace (30) isolante,comportant une porte (31) recouvrant la face absorbante (21). La face absorbante (21) est protégée par une plaque isolante comportant deux cavités vidées d'air, Le Réflecteur de Concentration du Rayonnement Solaire (50) -dit RCRS - constitue le deuxième élément du dispositif objet du présent brevet. Le RCRS (50) supporte les miroirs plans de petite dimention, environ un quart de mètre carré,et les oriente vers le CAX (10) placé au point de concentration du rayonnement solaire. Le RCRS (so) possède de grandes dimensions,ordre de grandeur cent metres de long sur cinquante mètres de large,correspondant au compromis de la valeur de plusieurs paramètres dans l'uti- lisation du dispositif. Il est constitué d'un cadre porté (52) supporté par un losange allongé (55) horizontal,solidaire à chaque extrémité,d'un axe reposant sur un palier(54) qui roule sur un pilier (51),permet tant de soutenir et de mouvoir dans l'espace le cadre du RCRS. Le cadre porté (52) comporte une charpente de poussée (57) pour soutenir les efforts horizontaux,avant et arrière,crées par la poussée du vent. Le cadre porté (52) rectangulaire supporte les solives (55) reposant sur le cadre dans le sens de la hauteur,servant à la fixation des ferrures (61) permettant le support et le dépla cement des rotateurs (52) sur lesquels sont fixés rigidement les porte-miroir (63). Un rotateur (62) comprend une poutre métallique (65) triangu laire longue d'un huitième de la longueur du cadre,dont chaque extrémité est solidaire d'un axe reposant dans la rainure d' une ferrure double (61) fixée sur une solive. Chaque ferrure (61) ,longue de deux mètres environ,possède deux rainures dans lesquelles coulissent les bagues-palier (57) des axes des rotateurs aboutissant à cette ferrure. Chaque axe est solidaire d'un ou plusieurs disques de frein (6E) permettant de maintenir la position du rotateur (52) immuable pendant la période d'orientation fixée. L'orientation d'un rotateur (62) est donnée par quatre vérins (69) ancrés sur les solives (56) et accrochés aux sommets du triangle de la poutre (65). Les quatre vérins (69) permettent,par poussée relative, de faire tourner la poutre (65) et de faire avancer ou reculer l'un ou l'autre des axes par rapport à la face avant du ca- dre porté (52),par glissade dans la rainure de la ferrure(51). Le reflecteur est solidairement rattaché aux deux piliers (51) supportant les efforts exercés sur le reflecteur par 1' intermédiaire de deux paliers autonymes à cinq degrés de liberté,construit à partir du palier autonôme à six degrés de liberté objet du brevet enregistré sous le numéro 8502369. Un palier (54) roule sur des rails droites (49) solidaires du pilier (51) sur une longueur égale au cinquième de la longueur du cadre. L'organisation du dispositif modulaire complet de captation (69) comprend plusieurs reflecteurs (50) placés dans le même plan de reflection dont les axes de rotation horizontaux se situent sur une surface de forme cylindrique. Le plan de symétrie de la surface de forme cylindrique est orienté selon un angle azimutal dépendant de la latitude à laquelle est situé le site de captation. Le rayonnement solaire est concentré sur la chaîne linéaire (70) formées de plusieurs coteneur-absorbeur modulaires (10)-CAM- situés à une hauteur suffisante pour se placer au plus près de l'axe théorique de concentration. Le dispositif absorbeur (71) d'un dispositif modulaire complet de captation (69) comprend trois chaînes linéaires (70)placées les unes au dessus des autres,dans le m8me plan d'orientation verticale ou légérement oblique Les CAMs (10) de chaque channe linéaire (70) roulent sur des rails de chemin de fer. La chaîne linéaire (70) du bas possède une rampe de montée à une extrémité et une autre ,de descente, située hors de la zone de concentration des RCRS (50). A l'extrémité de la zone de concentration de la charnue linéaire (70) du bas ,un ascenseur (72) monte un CARVI (10) à la chaîne linéaire (70) située au dessus. La channe linéaire (70) du milieu possère à l'autre extrémité un ascenseur (72) pour monter un CAM (10) à la channe (70) du haut.Cette chatne linéaire (7C) possède une rampe (75) de descente avec aiguillage de jonction à la voie de chemin de fer de la channe linéaire (70) du bas (73). La voie (73) de chemin de fer rejoint la oie de chemin de fer (9) desseruant l'UMSPE,par un aiguillage (76). La voie de chemin de fer de retour (s) à l'UNSPE,est reliée à l'entrée de la voie de chemin de fer de la channe linéaire (70) du bas. Un tableau central de commande est placé au poste de commandement du dispositif modulaire complet de captation (69) permettant d'exécuter les procédures d'optimisation de la concentration du rayonnement solaire pour obtenir un coefficient élevé de transfert d'énergie,associé à un haut coefficient d'accumulation de l'énergie captée. REVENGICATIQisS 1) Procédé pour transformer a'énergie du rayonnement solaire en énergie mécanique,caractérisé par le chauffage à très haute température de l'eau pure d'un conteneurabsorbeur modulaire (10) au moyen des réflecteurs concentrateur de rayonnement solaire (50),par le transport au site de production d'énergie mécanique au moyen de la voie de chemin de fer (9),par la transformation en vapeur surchauffée à travers des chaSnes de surchauffage (7) en partant du conteneur de production (11)de la vapeur circulant dans les conteneurs de surchauffage (12) contrôlée par la vanne trois-voies (5),par l'intermédiaire des détendeur- régulateur (3),par le retour de l'eau après condensation de la vapeur utilisée,dans un CAM (1C) au site de captation, par lintroduction,alternativement,dans les chaines de surchauffage (7),d'un CAM (1C) rempli d'eau très chaude arri- vant du site de captation. 2) Conteneur-absorbeur modulaire (1O),pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1,caractérisé par la face avant (21),servant d'absorbeur,transmettant les calories au liquide caloporteur au moyen des groupes (14) de circulation d'eau,à travers le faisceau de distribution (19) projetant le liquide caloporteur contre la face arrière de la paroi de l'absorbeur. 3) Conteneur-absorbeur modulaire (10),pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1 ,caractérisé par l' évaporateur (31) relié par un conduit filtrant,possédant un obturateur,pour transférer la vapeur aux boules de jonction (16) et (17) 4) Conteneur-absorbeur modulaire (10),pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1,caractérisé par le faisceau tubulaire (16) constitué de plusieurs tuyaux de petit diamètre,reliant les boules de jonction (16) et (17). 5) Conteneur-absorbeur modulaire (10),pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1,caractérisé par l' enveloppe 1 (26) dans laquelle est placé le réservoir contenant le liquide caloporteur,elle-même contenue dans 1' enveloppe 2 (27),hermétiquement scellées sur cinq faces pour conserver le vide existant entre les parois.Le déplacement relatif est obtenu au moyen d'accordéons d'étanché- ité (2),nue plaque isolante (34),à double cavité vidée d' air,est placée devant la face absorbante pendant le transport. 6) Conteneur-absorbeur modulaire (10),pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1,caractérisé par la pose du réservoir du liquide caloporteur au moyen de pieds isolant-amortisseur (25) fixés sur itenveloppe 1 (26). 7) Réflecteur concentrateur de rayonnenent solaire {50), pour la mise en oeuvre du procédé de ia revendication 1, caractérisé par les axes (53) supportant le cadre porté (52) rigififié par le losange (55) renforcé par la charpente de poussée (57) supportant les solives (56) servant de point d' appui aux ferrures (61) supportant les rotateurs (62)reposant sur les paliers (54). 8) Reflecteur (SC),pour la mise en ouvre du procédé de la revendication 1,caractérisé en ce que les rotateurs (52) possèdant deux axes (56) solidaires de la poutre (65) supportant les porte-miroir (63),ont leur mouvement bloqué par un frein à disque (68). 9) Rèflecteur (50),pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1,caractérisé en ce que les rotateurs (52) sont orientés et stabilisés par quatre vérins (69). 10) Procédé selon la revendication 1,caractérisé en ce que les CAM (10) se déplacent sur trois chaines linéaires (70) par l'intermédiaire des rampes (75),communiquant entre elles par les ascenseurs (72),sont reliées au reseau de transport formé des voies (8) et C9).