Brevet FR2844561A1 — publié le 20040319

I La présente invention concerne un dispositif pour capter, concentrer, et transformer l'énergie solaire en énergie mécanique et électrique. L'énergie solaire est généralement utilisée de trois façons les plus connues qui sont: -la production d'énergie électrique par l'intermédiaire de panneaux photovoltaîques dont le rendement est faible et le cot élevé. -le chauffage de panneaux solaire à circulation d'eau, le rendement de ces panneaux est bon mais l'application en est limitée au chauffage de l'eau à usage domestique et au chauffage des habitations. -les fours solaires qui permettent d'atteindre des températures très élevées par concentration des rayons solaires ce procédé est réservé à un usage industriel pour la fusion des matériaux Le dispositif selon l'invention, permet d'utiliser l'énergie solaire en concentrant les rayons à l'aide d'un miroir convergeant, et en les dirigeants contre une 1 5 turbine verticale, qui se met en rotation sous la pression de l'air interne, dilatée par la chaleur Il en résulte une énergie mécanique transformable en énergie électrique aux moyens d'un générateur couplé à la turbine. Décrit de façon globale, le dispositif selon l'invention comporte dans une première version, un support de base (1) qui est fixe, et sur lequel repose un 20 support supérieur orientable (2). Ces deux supports sont reliés mécaniquement entre eux par un dispositif rotatif, comportant un servomoteur à axe vertical (3) et une couronne d'appui horizontale à roulement à bille (4). Cet ensemble (3 et 4) permet au support supérieur (2) de s'orienter. Le support orientable (2) comporte un premier mât (5) destiné à supporter le miroir convergeant 25 inclinable (6) ce premier mât (5) comporte lui-même à son sommet un autre servomoteur (7) dont l'axe est horizontal et sur lequel est fixé un bras mobile (8) relié à l'armature (9) du miroir convergeant (6). Le servomoteur à axe vertical (3) de liaison entre les deux supports (1-2) ainsi que le servomoteur (7) de liaison entre le premier mât (5) et le bras mobile (8) fixé à l'armature (9) du miroir convergeant inclinable (6) sont tous deux reliés électriquement à un module électronique de commande (10). Ce module électronique de commande (10) est lui-même relié à un capteur de position du 5 soleil (11), il est également relié électriquement à une batterie d'accumulateur (12). Lors du fonctionnement du dispositif selon l'invention, le module électronique de commande (10) gère le positionnement de chacun des deux servomoteurs (3-7), selon les informations provenant du capteur de position (1) du soleil; de manière à ce que le miroir convergeant inclinable (6) renvoi en 10 permanence des rayons concentrés en direction de la turbine (13) lorsque le soleil éclair le dispositif. La turbine (13) est elle-même fixé par l'intermédiaire de ses deux armatures (14-15) situés à ses extrémités, aux deux bras horizontaux (16-17) d'un deuxième mât vertical (18) fixé au support supérieur orientable (2) Selon une deuxième version du dispositif selon l'invention il n'y a plus de 1 5 support supérieur orientable (2), le nouveau mât vertical (19) qui supporte la turbine (13) est directement fixé au nouveau support de base (20). Ce mât (19) comporte à sa partie inférieure un bras orientable (21) par l'intermédiaire d'un palier à bague vertical (22). Le bras orientable (21) comporte une crémaillère à dents (23) dans laquelle s'insère un engrenage ou pignon (24) fixé en bout 20 d'arbre d'un servomoteur à axe vertical (25) fixé au support de base (20). Le bras orientable (21) est coudé vers le haut et comporte à son extrémité supérieure un servomoteur à axe horizontal (26) sur l'arbre duquel est fixé un bras mobil (27) relié à l'armature (28) d'un miroir convergeant inclinable (29). Les deux servomoteurs (25-26) sont reliés au module électronique de commande 25 (30) qui gère la position du miroir convergeant en fonction de la position du soleil. La turbine (13) du dispositif selon l'invention dans chacune de ses versions est structuré un peu comme une sorte de turboréacteur extrêmement simplifié. Cette turbine (13) est positionnée verticalement, en ayant son entrée d'air frais par le bas; à la place d'une chambre de combustion, il y a une zone réservée à la mise en température de l'air pour provoquer sa dilatation. La turbine (13) est constituée par un tube métallique de couleur noir (34) , ayant un état de surface extérieur qui peut être lisse et uni, mais qui doit plutôt 5 comporter des aspérités ou des granulosités ou des cannelures pour augmenter son pouvoir d'absorption de la chaleur. Ce tube métallique (34) est garni dans sa partie intérieure de lames longitudinales (36) et d'ailettes ou d'aubes fixe (37). Cet ensemble, tube métal, lame et aube forment le stator de la turbine (13), sa fonction est de chauffer et canaliser l'air à l'intérieur. Le tube métallique (34) 10 est contenu dans un tube de verre (35) sans contact avec celui-ci, afin d'éviter autant que possible la perte de chaleur par contact avec l'air extérieur. La turbine (13) comporte en son centre longitudinal un rotor, constitué par un arbre ou une tige métallique (38) servant d'axe de rotation, et sur lequel sont fixés à la partie inférieure des hélices d'aspirations (39). Selon un deuxième 1 5 model de turbine (13'), le rotor comporte en supplément un compresseur rotatif situé derrière les hélices d'aspirations (39), ce compresseur est constitué par une couronne conique (42) autour de l'arbre (43) du rotor, sur laquelle sont implantées circulairement des aubes (40) qui assurent la compression de l'air, cela permet d'obtenir une meilleure performance de la turbine (13').Dans les 20 deux models de turbines (13 et 13'), le rotor comporte à sa partie supérieure des hélices (44), qui sont misent en rotation par la pression de l'air dilatée qui s'échappe des turbines (13-13') par le haut. Ce mouvement de rotation est transmis aux hélices d'aspirations (39) et ainsi de suite, le mouvement s'auto entretien tant que les turbines sont chauffées. Toutefois, la mise en auto rotation naturelle des turbines (13-13') dépend des pertes par frottement. Pour éviter une mise en rotation d'une durée trop importante, les turbines (13 et 13') sont équipées d'un dispositif de démarrage électrique (46) qui peut être mis en fonction manuellement ou automatiquement par leurs boîtiers électroniques de commande réciproque (10 ou 30), auquel il 30 est relié, et cela en fonction de l'intensité des rayons du soleil. Le dispositif de démarrage pourrait être également mécanique, à lanceur ou à manivelle. Le dispositif de démarrage (46) est disposé sur les arbres (38-43) des rotors au bas des turbines (13-13'). Conjointement au dispositif de démarrage, est 5 également couplé mécaniquement sur chaque arbre (3843) de rotor, le générateur d'électricité (45), ce dernier produit le courrant électrique à destination de l'utilisateur du dispositif selon l'invention, et également à destination d'une batterie d'accumulateur (12 ou 32) qui alimente les modules de commande (10 ou 30) et les servomoteurs (3-7 ou 25-26), pour maintenir la 10 charge. Les dessins annexés illustrent l'invention: La figure 1 représente une vue en perspective du dispositif selon l'invention dans sa première version. La figure 2 représente une vue schématique de côté du dispositif selon 15 l'invention dans sa première version. La figure 3 représente une vue schématique en coupe verticale de la turbine dans son premier modèle. La figure 4 représente une vue de dessus de la turbine dans son premier modèle. La figure 5 représente une vue à plat des lames, des ailettes et des aubes, du 20 rotor et du stator de la turbine dans son premier modèle. La figure 6 représente une vue schématique en coupe verticale de la turbine dans son deuxième modèle. La figure 7 représente une vue de dessus de la turbine dans son deuxième model. La figure 8 représente une vue à plat des lames, des ailettes et des aubes, du 25 rotor et du stator de la turbine dans son deuxième modèle. La figure 9 représente une vue en perspective du dispositif selon l'invention dans sa deuxième version. La figure 10 représente une vue schématique de côté du dispositif selon l'invention dans sa deuxième version. En référence aux figures 1-2-3X4-5-67-8, le dispositif selon l'invention comporte dans sa première version un support de base fixe (1) pouvant être posé sur le sol. Au-dessus de ce support fixe (1) est placé un support orientable (2) relié au support fixe (1) par une tige d'axe formant pivot (33), en prolongement de l'axe d'un servomoteur (3) vertical qui est fixé sur le support orientable (1). 5 Entre les deux supports, le fixe (1) et l'orientable (2), est inséré une couronne à roulement à bille (4) pour permettre la rotation au support orientable (2) sans frottement avec le support fixe (1) sur lequel il s'appuie. Le servomoteur à axe vertical (3) est chargé de faire pivoter le support orientable (2) par rapport au support fixe (1), au-dessus du support orientable (2) est fixé un mât (5) portant 10 un servomoteur à axe horizontal (7) qui est relié à un bras mobile (8) fixé à l'armature (9) d'un miroir convergeant inclinable (6). De l'autre côté du support orientable (7) est fixé un deuxième mât (18) porteur d'une turbine (13 ou 13') par l'intermédiaire de bras (16-17) fixés aux armatures (14-15) des turbines (13 ou 13'). Sur le support orientable (2) est disposé un module électronique de 15 commande (10) des deux servomoteurs (3-7) ce module électronique (10) est également relié à un capteur de position du soleil (11) ainsi qu'à une batterie d'accumulateur (12). Toujours en référence aux figures précitées, le dispositif selon l'invention comporte une turbine (13) constituée par un tube métallique (34) entourée sans 20 contact par un tube en verre (35). A chacune des extrémités des turbines (13 ou 13') il y a une armature (14-15) fixé au tube métallique (34) ainsi qu'au tube en verre (35) ces deux armatures (14-15) maintiennent un espace entre les deux tubes (34-35); elles sont toutes deux tenues par des bras (16-17) fixés au mât vertical (18) avec lequel elles sont solidaires. Selon une première version de la turbine (13) celle-ci comporte des lames longitudinales (36) et des ailettes aux aubes (37) de chauffage et de canalisation de l'air, elles sont fixées et sont solidaires au tube métallique (34); cet ensemble (34-36-37) constitue le stator de la turbine (13). Cette turbine (13) comporte également un rotor longitudinal qui est constitué par un arbre central (38), sur 30 lequel sont fixées des couronnes d'hélices d'aspiration (39) situées à la partie inférieure du rotor, l'arbre central (38) comporte également des hélices (40) de mise en rotation du rotor. Le deuxième modèle de turbine (13'), comporte également des lames longitudinales (36) et des ailettes (37) de chauffage et de canalisation de l'air 5 ainsi que des aubes de redressement (40). Cette turbine (13') comporte un rotor également équipé d'ailettes ou d'hélices d'aspirations (39) et en supplément des aubes de compression (41) fixées circulairement sur une couronne en forme de cône (42) qui entoure l'arbre (43) du rotor. Les deux versions de turbines (1313') comportent chacune à leur base, sur leurs arbres (38-43) des rotors, un 1O démarreur électrique (46) ainsi qu'un générateur d'électricité (45). En référence aux figures 9 et 10, le dispositif selon l'invention comporte dans sa deuxième version, un support de base (20) sur lequel est fixé un mât vertical (19), porteur d'une des turbines (13 ou 13'), par l'intermédiaire de ses deux bras (4748) fixés aux armatures inférieures et supérieures (14' - 15') des turbines 1 5 (13 ou 13'). Le mât vertical (19) comporte à sa partie inférieure un bras orientable (21) relié par l'intermédiaire d'un palier à bague vertical (22). Le bras orientable comporte en dessous une crémaillère (23) dans laquelle s'insère un engrenage (24) fixé en bout d'arbre d'un servomoteur à axe vertical (25) luimême fixé au support de base (20). Le bras orientable (21) est coudé vers le 20 haut, il comporte à son extrémité supérieure un servomoteur à axe horizontal (26); sur son axe est fixé un petit bras mobile (27) lui-même fixé à l'armature (28) d'un miroir convergeant inclinable (29). Les deux servomoteurs (25 et 26) de ce dispositif selon l'invention sont reliés électriquement à un module électronique de commande (30) qui lui-même est relié à un capteur de position 25 du soleil (31) ainsi qu'à une batterie d'accumulateur (32). REVENDICATIONS 1) Dispositif pour capter, concentrer te transformer l'énergie solaire en énergie mécanique et électrique, caractérisé en ce qu'il comporte selon une première version, un support de base (1) sur lequel pivote un support orientable (2) munis d'un premier mât (5) possédant un bras articuler (8) porteur d'un miroir convergeant inclinable (6). Le support orientable (2) comporte un deuxième mât (18) porteur d'un des deux modèles de turbine (13 ou 13') chauffé par les rayons solaires concentrés, provenant du miroir convergeant articuler (6). Chacune des turbines (13 et 13') comporte un démarreur électrique (46) et un générateur d'électricité(45). 1 0 2) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce que le support orientable (2) repose sur le support fixe (1) par l'intermédiaire d'une couronne à bille (4) et caractérisé en ce qu'il est actionné par un servomoteur à axe vertical (3) . 3) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le bras articulé (8) est actionné par un servomoteur à axe horizontal (7). 4) Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les deux servomoteurs (3 et 7) sont reliés électriquement à un module électronique de commande (10) lui-même relié à un capteur de position du soleil (11). ) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les turbines (13 et 13') fonctionnent par la pression de l'air dilatée, chauffée par les rayons solaires 20 concentrés. Pour réalisé cela, chaque turbine (13 et 13') possède un stator constitué par un tube vertical et des lames, des ailettes et des aubes (34-36-37) de chauffage et canalisation de l'air, les turbines (13 et 13') possèdent également un rotor constitué par un arbre (38 ou 43) munis d'hélices d'aspirations (39) et d'hélices de mise en rotation (44). Le modèle de turbine 25 (13') possède en supplément un compresseur constitué par des aubes de compression (40) et des aubes de redressement (41). 6) Dispositif pour capter, concentrer et transformer l'énergie solaire en énergie mécanique électrique selon une deuxième version, caractérisé en ce qu'il comporte un support de base (20) comportant un mât vertical (19) porteur d'une des deux turbines (13 ou 13'). A la base de ce mât (19) est relié par 5 l'intermédiaire d'un palier (22) un bras coudé orientable (21) porteur d'un miroir convergeant inclinable (29). 7) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le bras orientable (21) est actionné par un servi moteur à axe vertical (25) comportant un engrenage (24) agissant sur une crémaillère (23) fixé au bras orientable (21). 8) Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le bras (21) est relié au miroir inclinable (29) par l'intermédiaire d'un servomoteur à axe horizontale (26). 9) Dispositif selon les revendications (7 et 8) caractérisé en ce que les servomoteurs (25 et 26) sont reliés électriquement à un module électronique de commande (30) qui lui-même est relié à un détecteur de position du soleil.