Brevet FR2783042A1 — publié le 20000310

- 1- 2783042 La présente invention a pour objet un capteur solaire à concentration destiné à obtenir une température suffisamment élevée pour permettre par exemple la cuisson d'aliments ou la stérilisation de matériel médical et chirurgical. L'invention a plus particulièrement pour objet un capteur concentrateur à un seul étage comportant un collecteur constitué de miroirs réfléchissant et focalisant le rayonnement solaire sur une surface dont la largeur est sensiblement égale à celle du miroir central. Dans les réalisations de capteurs concentrateurs conçus jusqu'alors pour la cuisson des aliments, les surfaces réfléchissantes sont de deux types: soit des surfaces du type cylindro-paraboliques, soit des surfaces de révolution du type paraboloïdes. Ces surfaces, surtout celles de révolution, sont souvent réalisées de manière approchée par un plus ou moins grand nombre de petits miroirs plans pour des raisons de facilité de fabrication Le principal défaut du premier type de surface cité est la largeur du ruban réfléchi qui est sensiblement égale à celle du miroir. Pour capter l'énergie réfléchie, la cible doit être de forme très allongée et donc peu adaptée à la cuisson directe. Dans le cas contraire, l'énergie récupérée est trop faible pour atteindre une température correcte. Le second type de surface donne une tache trop ponctuelle fournissant une température très élevée au foyer. De plus, la très forte concentration du rayonnement réfléchi peu être dangereuse pour les yeux des utilisateurs. La présente invention permet de s'affranchir de ces défauts. La température obtenue est nécessaire et suffisante pour cuire convenablement les aliments. La surface de réception des rayons lumineux, appelée cible dans la suite du texte, est adaptée aux moyens usuels de cuisson à usage familial et le système est beaucoup moins dangereux que des systèmes du second type pour les utilisateurs à cause d'une concentration moins forte des rayons réfléchis. Dans une réalisation de l'invention, la surface réfléchissante est constituée de 3 miroirs notés 1 et 2 et 3 sur les figures. Le miroir 1, appelé dans la suite du texte miroir horizontal, est constitué d'un miroir cylindro-parabolique, c'est à dire présentant une forme de segment cylindrique, à section droite en forme de branche de parabole. Les lignes L1 et L2 délimitant les sections droites du miroir horizontal sont parallèles entre elles. La ligne des foyers de chaque section droite de ce miroir est une ligne horizontale. ( f ig. 4) Les miroirs 2 et 3 sont symétriques l'un par rapport à l'autre. Ils sont constitués d'un tronc de cône dont la génératrice est un segment de parabole. -2- 2783042 Le sommet de ce tronc de cône est situé sur la ligne des foyers du miroir horizontal. La parabole génératrice de chacun de ces miroirs est confondue avec les lignes L1 et L2 définies précédemment. L'angle d'inclinaison des miroirs 2 et 3 (noté oc sur la figure 2) et leur largeur sont tels que les rayons réfléchis par ces miroirs se superposent à ceux réfléchis par le miroir horizontal. Une telle configuration des miroirs permet de sensiblement tripler la concentration du seul miroir horizontal sur la même largeur et donc d'utiliser une cible de forme plus ramassée. La concentration ainsi obtenue est intermédiaire entre des systèmes paraboliques de révolution et des systèmes cylindro- paraboliques classiques. Un autre avantage de cette configuration est que toutes les surfaces réfléchissantes sont des surfaces développables contrairement à des systèmes utilisant des surfaces de révolution. Il est alors possible de fabriquer simplement et exactement ces miroirs à partir d'un matériau plan plus ou moins rigide. Afin d'éviter l'effet d'ombre dû au support de la surface réceptrice des rayons réfléchis (cible - repère 4), les paraboles génératrices sont tronquées près de leur sommet (noté O sur la figure 3) et ne commencent qu'à l'intersection du plan parallèle au plan focal des miroirs passant par l'extrémité du support de la cible la plus proche du soleil (point A de la figure 3). , La cible, horizontale, est centrée sur l'axe focal du système optique. Sa largeur est telle que la largeur du ruban réfléchi soit plus petite que celle de la cible, ce qui permet un nombre réduit de réorientations en azimut de l'ensemble de l'appareil au cours de chaque période d'utilisation pour suivre la course apparente du soleil. (fig. d) La cible doit être constituée d'un matériau absorbant et conduisant facilement la chaleur comme, par exemple, une plaque d'aluminium recouverte sur sa face inférieure d'une peinture noire mate. Elle peut être pleine ou évidée en son milieu suivant différentes formes appropriées pour recevoir divers récipients qui sont alors chauffés directement par le rayonnement réfléchi. Le système réfléchissant pivote autour d'un axe confondu avec l'axe focal des paraboles génératrices. De cette façon, il est possible d'ajuster son inclinaison en fonction de la hauteur du soleil pour que le ruban lumineux soit toujours réfléchi sur la cible. L'utilisation de ce système est donc possible jusqu'à une latitude élevée. Si le suivi de la hauteur apparente du soleil n'est pas parfait, le ruban lumineux se décale sur la profondeur de la cible. Tant que le ruban lumineux reste sur la cible, il n'est pas nécessaire de modifier l'inclinaison des miroirs. (fi-.1) On voit donc qu'un nombre discret de réglages de l'inclinaison du système réfléchissant est suffisant pour maintenir le ruban lumineux sur la cible. -3 - 2783042 Ce nombre de réglages sera d'autant plus petit que la profondeur de la cible est importante. Une application possible de l'invention consiste à recouvrir la surface de chauffe, constituée de la cible et de son support, d'un système d'isolation afin de limiter la déperdition de chaleur par le haut (figure 4). Une autre application possible de l'invention consiste à recouvrir la surface de chauffe d'un système à effet de serre comme illustré sur la figure 5. La partie arrière notée (a) est constituée d'une surface réfléchissante du même type que celle des miroirs ou d'un type similaire, alors que les parties avant (b) et supérieure (c) peuvent être constituées d'une matière transparente au rayonnement solaire. Un tel dispositif permet d'augmenter quelque peu la température de l'enceinte ainsi constituée. Un bâti léger noté (B) sur la figure 1 supporte la surface de chauffe et l'axe de pivotement du système réfléchissant. Ce système ainsi constitué est facilement démontable et transportable. Les principes constructifs énoncés sont applicables au cas o les miroirs sont constitués de petits éléments plans en approximation des surfaces décrites ci-dessus. Ces mêmes principes constructifs sont également applicables au cas o plus de 3 miroirs sont utilisés pour réduire la largeur du ruban lumineux réfléchi. A titre d'exernple, la figure 6 montre une vue en coupe o le système est constitué de 5 miroirs formant la surface réfléchissante. De même, ces principes constructifs sont applicables au cas o les lignes génératrices des surfaces des miroirs sont des courbes focalisantes autres de des paraboles (par exemple portion d'ellipse ou de cercle dans les conditions de Gauss). 4 - 2783042 REVENDICATIONS 1 - capteur solaire concentrateur à un seul étage optique focalisant, comportant: - un collecteur constitué d'un miroir central cylindro-parabolique (rep 1 fig 1 et 2) et de deux miroirs adjacents symétriques tronconiques dont la génératrice est un segment de parabole s'appuyant sur la parabole génératrice du miroir central et le sommet du cône est situé sur l'axe focal du même miroir central (rep 2 et 3 fig 1 et2). Ce collecteur est caractérisé en ce qu'il focalise le rayonnement incident sur une largeur sensiblement égale à celle du miroir central, les rubans lumineux réfléchis par les miroirs adjacents venant se superposer à celui du miroir central (fig 2). - Une cible horizontale centrée sur l'axe focal du collecteur dont la largeur est sensiblement plus grande que celle du ruban lumineux réfléchi et dont la profondeur est suffisante pour éviter un suivi continu de la hauteur du soleil (rep 4 fig 1 et 3). 2 - capteur solaire selon revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un système de réglage de l'inclinaison du collecteur par rotation autour d'un axe confondu avec l'axe focal du dit collecteur pour compenser la variation de la hauteur du soleil au cours de son utilisation (fig 1 et 3). 3 - capteur solaire selon revendications 1 et 2 en ce que les miroirs sont constitués uniquement de surfaces développables. 4 - capteur solaire selon revendications 1 et 2 en ce que les miroirs peuvent être constitués de petites surfaces planes approchant les surfaces idéales décrites ci-dessus. - capteur solaire selon revendication 1 en ce que le collecteur peut être constitué de plus de deux miroirs tronconiques (fig 6). 6 - capteur solaire selon revendications précédentes en ce que les courbes génératrices des miroirs peuvent être des courbes focalisantes autres que des portions de paraboles (par exemple, portion de cercle dans les limites de la condition de Gauss). 7 - capteur solaire selon revendications précédentes en ce que le suivi du soleil aussi bien en hauteur qu'en azimut peut être effectué par un automatisme simple.