Brevet FR2917157A1 — publié le 20081212

L'invention concerne un appareil utilisant l'énergie solaire pour élever la température d'éléments fluides ou solides et plus particulièrement pour cuisiner des aliments dans le but d'éviter la consommation de carburants ou de bois pour faire cuire des aliments dans les pays aux ressources limitées en combustibles et moyens techniques. De nombreux appareillages existent trop rudimentaires et fragiles sans poursuite automatique de la direction du soleil ou trop complexes et chers nécessitant des connaissances techniques de la part de l'utilisateur et n'ont jamais atteint un stade de grande diffusion. L'appareil concentre les rayons solaires sur un capteur avec suivi automatique de la direction du soleil. Il utilise une monture plus simple que la monture classique dite équatoriale mais peut aussi utiliser cette dernière Le récipient-capteur est fixe par rapport au sol donc immobile et parfaitement stable ce qui facilite et sécurise son utilisation ou son raccordement à un circuit de fluide caloporteur contrairement aux récipient-capteurs liés au mouvement du réflecteur. Un réflecteur de forme concave de révolution concentrant le rayonnement sur une faible surface pour obtenir la température suffisante à un cuiseur, tourne autour du récipient-capteur à l'opposé du soleil et concentre sur lui le rayonnement recueilli. La partie en rotation indépendante de la variation du poids du récipient et de son contenu est intégralement équilibrée par un contre poids Le réflecteur prend une position parfaitement horizontale inversée face au sol pour lui éviter les salissures sur la face réflective et la prise au vent lorsqu'il n'est pas en service comme le montre la figure 2. Le suivi de la trajectoire du soleil est automatique et ne requiert pas d'apport d'énergie autre que celle du soleil. Le mécanisme exempt de circuits électriques ou électroniques est apte à supporter des conditions climatiques difficiles et une exposition permanente aux intempéries. Son entretien ne nécessite pas de connaissances techniques de la part de l'utilisateur. Le suivi du mouvement du soleil est obtenu par un élément à dilatation thermique à course limitée se dilatant lorsqu'il est soumis au rayonnement concentré du soleil provenant du réflecteur qui provoque une élévation importante et rapide de sa température. Ce rayonnement concentré, initialement centré sur le capteur se déplace, par suite du mouvement apparent du soleil, sur l'élément à dilatation placé sur sa trajectoire qui s'échauffe, se dilate, et provoque une rotation du réflecteur d'un angle prédéterminé qui replace le rayonnement concentré sur le capteur. Puis l'élément sensible se refroidit et le cycle recommence lorsque le rayonnement concentré, ayant parcouru toute la largeur du récipient-capteur, l'atteint de nouveau. Ce fonctionnement en mode pas à pas ne requiert qu'une faible amplitude de mouvement de l'élément thermique qui de ce fait est de taille et de masse réduite, atteint rapidement une température élevée se refroidit rapidement même par temps chaud. Selon un mode de réalisation, schématisé par la figure 1, l'appareil est composé d'un support fixé au sol (1) sur lequel est monté un axe horaire (2) pivotant autour du point (3) lui permettant de prendre une inclinaison quelconque dans le plan vertical nord- sud vrai du lieu .L'inclinaison se règle par exemple à l'aide de la vis (v) ou tout autre dispositif obtenant le même résultat. A son extrémité est fixée une fourche supportant un cadre (4) centré sur l'axe (2) et pivotant suivant un axe (6) horizontal, perpendiculaire à (2). Un récipient-capteur (5) repose sur ce cadre permettant de le maintenir en position horizontale quelque soit l'inclinaison de (2). Un réflecteur concave de révolution (7) pivote autour de (2). Son axe passe par le point de croisement des axes (2) et (6). Il est à une distance telle que le point de convergence des rayons réfléchis se trouve sur la face inférieure du récipient-capteur (5). Celui-ci peut être à fond plat, hémisphérique ou de forme intermédiaire, sa face inférieure étant au niveau de (6) ou légèrement au dessous. Le réflecteur (7) est équilibré par un contre poids (9) et ce qui permet son maintien aisé en position. Il est solidaire d'un cliquet porté par le bras (12) en contact avec une roue crantée (10) fixe sur l'axe (2) qui ne permet que la rotation dans le même sens que les rayons solaires. Pour le positionnement saisonnier, l'axe (2) est incliné manuellement à l'aide de la vis (v) vers le nord dans l'hémisphère nord et inversement dans l'hémisphère sud, perpendiculairement à la direction du soleil à son zénith à midi heure solaire du lieu. Le réflecteur (7) étant alors amené en direction du soleil, la tache lumineuse du rayonnement concentré est centrée sur le récipient (5) ce qui constitue un repère aisé pour le réglage d'inclinaison de l'axe (2) par le moyen de (v). La rotation du réflecteur (7) autour de (2) lui permet de suivre le soleil avec une erreur négligeable pour l'application considérée pendant les quelques heures utiles qui précèdent ou qui suivent la méridienne. La vis (V) permet si nécessaire de l'affiner. On peut aussi utiliser une monture équatoriale pour une meilleure précision du suivi du soleil mais la réalisation est plus complexe et coûteuse eut égard aux buts recherchés. Dans ce denier cas l'axe (2) est positionné en permanence à un angle avec l'horizontale égal à la latitude du lieu. Le bras (s) soutenant le concentrateur est muni d'une articulation située dans l'alignement de l'axe (6) pour le réglage saisonnier sur la hauteur du soleil. Le suivi horaire du soleil est obtenu par la dilatation d'un solide ou la vaporisation d'un fluide contenu dans un vérin ou une capsule déformable hermétique ou autre technique équivalente, constituant l'élément à dilatation thermique (8). Il est positionné sur la trajectoire du rayonnement concentré lorsque celui-ci, par suite du mouvement apparent du soleil quitte le récipient-capteur (5). Selon un mode de réalisation représenté par la figure 3, l'élément (8) est fixé sur un bras (12) solidaire du réflecteur (7). Il porte un cliquet en contact avec une roue crantée (10) fixée sur l'axe horaire (2) qui lui permet de tourner uniquement dans le même sens que les rayons solaires. L'élément (8) est relié par son autre extrémité à un autre bras (11) tournant librement autour de l'axe (2) et muni d'un cliquet identique décalé de plusieurs crans sur la roue (10). Atteint par le rayonnement, (8) se dilate et prenant appui sur (11) provoque un déplacement d'un cran de (7) qui ramène le rayonnement avec précision sur (5) puis il se refroidit, se rétracte et attire le bras (11) qui avance également d'un cran fournissant un nouvel appui pour le prochain cycle. La répétition permet de suivre la marche du soleil au long de la journée. L'avantage sur les systèmes dans lesquels l'élément moteur se dilatant doit fournir toute la course de suivi horaire au long du jour est le fait que le fonctionnement en mode pas à pas ne nécessite pas de déplacement de grande amplitude de (8). Celui-ci peut avoir une masse et une inertie thermique réduite et s'échauffer ou se refroidir rapidement tout en permettant au réflecteur (7) de suivre les rayons solaire au long de la journée. Un perfectionnement consiste à interposer entre l'élément (8) et le bras (11) un élément élastique, par exemple un ressort de compression, qui retarde le déplacement de (7) pendant la phase de dilatation jusqu'au moment ou la dilatation et la force exercée par le ressort est supérieure à la résistance au saut d'un cran, elle-même réglable par pression sur le cliquet du bras (12). On peut ainsi déterminer la température de fonctionnement de (8). Un perfectionnement consiste à utiliser comme élément de dilatation (8) une vanne thermostatique à température de fermeture préréglée nettement au dessus de l'ambiante. De ce fait il se refroidit et se rétracte rapidement grâce au différentiel de température même par temps très chaud. L'élément thermique (8) peut occuper une autre position pour faciliter la transmission du mouvement, le rayonnement lui étant renvoyé par un élément réfléchissant situé à sa place 5 primitive sur la trajectoire du rayonnement concentré. Le réflecteur (7) est repositionné manuellement face au soleil au début de chaque utilisation en amenant la tache lumineuse des rayons concentrés sur le récipient pour initier le cycle du suivi horaire. REVENDICATIONS 1- Cuiseur solaire comportant un récipient-capteur (5) fixe par rapport au sol recevant le rayonnement concentré émis par un réflecteur concave de révolution (7) tournant autour de (5) à l'opposé du soleil, sur un axe horaire (2) réglable en déclinaison dans le plan nord-sud, équilibré par un contre poids, caractérisé par le fait que le réflecteur (7) , se place en position rigoureusement horizontale inversée lorsqu'il n'est pas en service, évitant les salissures sur la face réflective et la prise au vent. -2 û. Dispositif selon revendication 1 caractérisé par le fait qu'un élément à dilatation thermique (8) à course limitée, solidaire de (7) par l'intermédiaire du cliquet (12) et positionné sur la trajectoire du rayonnement concentré lorsque celui-ci par suite du mouvement apparent du soleil quitte le récepteur (5), reçoit ce rayonnement et,, prenant appui par l'intermédiaire du cliquet (11) sur la roue crantée fixe (10), provoque en se dilatant la rotation de (7) d'un angle prédéterminé, ramenant le rayonnement sur (5) puis se refroidit, se rétracte entraînant (11) qui saute d'un cran et le cycle recommence autant de fois que nécessaire pour que (7) suive le mouvement du soleil sans dépendre de la course de (8). 3 û Dispositif suivant revendication 2 caractérisé par le fait qu'un système élastique est interposé entre l'élément de dilatation (8) et son point d'appui sur (Il), retardant le déclenchement du mouvement de rotation de (7) lui-même freiné par le cliquet (12) et la roue crantée (10) et maintenant le rayonnement concentré sur (8) jusqu'à l'obtention par ce freinage, réglable par pression de (12) sur (10), d'une température élevée déterminée de (8) et d'une dilatation suffisante pour provoquer le saut d'un cran. 4- Dispositif suivant la revendication 3 caractérisé par le fait que l'élément à dilatation thermique (8) est du type dit vanne thermostatique à température de fermeture préréglée nettement supérieure à la température ambiante assurant, grâce au différentiel de température, un refroidissement et une rétraction rapide même par temps très chaud . 5-Dispositif suivant la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément à dilatation (8) reçoit le rayonnement concentré renvoyé par l'intermédiaire d'un réflecteur auxiliaire disposé à son emplacement primitif permettant de simplifier le mécanisme de transmission du mouvement.