Brevet FR3026162A1 — publié le 20160325

CAPTEUR SOLAIRE COMPRENANT UN PANNEAU SOLAIRE ENTRAINE EN ROTATION PAR UN VERIN DONT LES VARIATIONS DE TEMPARATURE SONT CONTROLEES PAR UN VOLET COMMANDE PAR UNE CAME FIXEE A L'AXE DE ROTATION L'invention appartient au domaine des capteurs solaires dont le panneau solaire est entraîné en rotation pour suivre le mouvement apparent du soleil par rapport à la terre. L'invention se rapporte plus particulièrement à un capteur solaire comprenant un panneau solaire pivotant autour d'un axe de rotation et un vérin, dit de commande, comportant un corps de vérin relié au panneau solaire, un réservoir fixé au corps de vérin avec lequel il communique et une tige se déplaçant en translation par rapport au corps de vérin sous l'effet d'une variation de température d'un fluide contenu dans le réservoir, pour entraîner le panneau solaire en rotation par l'intermédiaire d'un moyen de transmission qui est fixé à l'axe de rotation et avec lequel la tige est en prise. Un tel capteur solaire est divulgué par le document WO 2004/036124. Pendant la phase ascendante du soleil, le réservoir est à l'ombre du panneau solaire et le transfert thermique responsable de la variation de température est limité à l'échange de chaleur entre le fluide et l'air ambiant. La contribution des rayons solaires au transfert thermique devient effective pendant la phase descendante du soleil. Des capteurs solaires dans lesquels le transfert thermique avec les rayons solaires est effectif tout au long de la course du soleil sont divulgués par les documents US 4 306 541, FR 2 531 520 et WO 92/11496 notamment. Le mouvement en rotation du panneau solaire est déterminé par la différence de température entre deux fluides contenus dans le réservoir de deux vérins agissant en vérin de commande, l'un pendant la phase ascendante du soleil et l'autre pendant la phase descendante. Dans les deux premiers documents, les deux vérins agissent en sens opposé l'un par rapport à l'autre au moyen d'une même tige en prise avec le moyen de transmission fixé à l'axe de rotation. Dans le troisième document, les deux vérins agissent également en sens opposé l'un par rapport à l'autre mais la tige de l'un des vérins est en prise avec le moyen de transmission fixé à l'axe de rotation tandis que la tige de l'autre vérin est reliée au panneau solaire. Les deux corps de vérin sont reliés entre eux par une liaison libre en translation par rapport à l'axe de rotation et bloquée en rotation par rapport à cet axe. Cet agencement combine l'extension relative des deux vérins. Il en résulte un effet différentiel, fonction de la différence de température entre les deux fluides, qui permet d'annuler la contribution apportée au transfert thermique par la température ambiante, au profit de celle apportée par les rayons solaires. L'un des buts de l'invention est ainsi de modifier un capteur solaire selon l'introduction, en vue d'augmenter la période pendant laquelle le transfert thermique avec les rayons solaires est effectif, mais sans recourir à deux vérins de commande. L'invention vise une modification additionnelle permettant un fonctionnement corrigé de la contribution de la température ambiante à la variation de température du vérin de commande. A cet effet, l'invention a pour objet un capteur solaire comprenant un panneau solaire pivotant autour d'un axe de rotation et un vérin, dit de commande, comportant un corps de vérin relié au panneau solaire, un réservoir fixé au corps de vérin avec lequel il communique et une tige se déplaçant en translation par rapport au corps de vérin sous l'effet d'une variation de température d'un fluide contenu dans le réservoir, pour entraîner le panneau solaire en rotation par l'intermédiaire d'un moyen de transmission qui est fixé à l'axe de rotation et avec lequel la tige est en prise, caractérisé en ce que le corps de vérin est relié à l'axe de rotation par une liaison pivotante tandis qu'un volet est monté en pivot par rapport au réservoir, opposé à l'axe de rotation par rapport à la tige et est commandé en pivotement par une came fixée à l'axe de rotation et par un bras suiveur de came pour contrôler la variation de température du fluide dans le réservoir au cours du pivotement du corps du vérin et du panneau solaire autour de l'axe de rotation. Le corps de vérin est relié à l'axe de rotation par une liaison pivotante pour être entraîné en rotation par la tige du vérin en prise avec le moyen de transmission. Le volet est monté en pivot par rapport au réservoir en étant opposé à l'axe de rotation par rapport à la tige pour réduire progressivement la proportion dans laquelle le réservoir est occulté vis-à-vis des rayons solaires au cours du pivotement du corps du vérin. Le contrôle exercé par la came et le bras suiveur de came sur le volet pivotant permet de rendre effectif le transfert thermique entre les rayons solaires et le fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande, tant pendant la phase ascendante et que pendant la phase descendante du soleil. Selon une forme additionnelle d'exécution de l'invention, la liaison pivotante comprend un deuxième vérin, dit de compensation, fixe par rapport au panneau solaire et pivotant autour de l'axe de rotation, par lequel le corps de vérin du vérin de commande se déplace en translation par rapport à l'axe de rotation, sous l'effet d'une variation de température d'un fluide contenu dans une chambre du vérin de compensation, opposée au volet par rapport au réservoir. La chambre du vérin de compensation est opposée au volet par rapport au réservoir pour que les rayons solaires non arrêtés par le volet soient majoritairement absorbés par le réservoir et n'apportent pas de contribution significative au transfert thermique du fluide contenu dans la chambre du vérin de compensation. Le vérin de compensation permet ainsi d'annuler la contribution apportée par la température ambiante à la variation de température du fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande, au profit de celle qui est apportée par les rayons solaires et qui est rendue prépondérante par la disposition de la chambre du vérin de compensation par rapport à ce réservoir. Dans une première variante, le vérin de compensation comprend une tige fixe par rapport au panneau solaire et pivotante autour de l'axe de rotation et un corps de vérin se déplaçant en translation sous l'effet de la variation de température du fluide contenu dans la chambre du vérin de compensation tandis que les deux corps de vérin sont fixes l'un par rapport à l'autre. Dans une deuxième variante, le vérin de compensation comprend un corps de vérin fixe par rapport au panneau solaire et pivotant autour de l'axe de rotation et une tige fixée au corps de vérin du vérin de commande et se déplaçant en translation par rapport au corps de vérin du vérin de compensation sous l'effet de la variation de température du fluide contenu dans la chambre de ce vérin tandis que les corps de vérin coulissent l'un par rapport à l'autre. Selon une autre forme additionnelle d'exécution de l'invention, le capteur solaire comprend un deuxième vérin, également dit de compensation, comportant un corps de vérin fixe par rapport au corps de vérin du vérin de commande et une tige se déplaçant en translation par rapport aux deux corps de vérin à la fois, sous l'effet de la variation de température du fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande et d'une variation de température d'un fluide contenu dans une chambre du vérin de compensation, opposée au volet par rapport au réservoir, la tige présentant deux segments de section différente, plus forte dans la chambre que dans le réservoir. La tige du vérin de compensation se déplace par rapport aux deux corps de vérin pour augmenter ou diminuer le volume offert au fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande en augmentant ou en diminuant respectivement le volume offert au fluide contenu dans la chambre du vérin de compensation. La différence de section de cette tige est calculée pour que bilan volumique de dilatation ou de contraction des deux fluides soit nul entre le réservoir et la chambre lorsqu'ils sont soumis à une même élévation ou diminution de température. Le vérin de compensation permet donc d'annuler là encore la contribution apportée par la température ambiante à la variation de température du fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande, au profit de celle qui est apportée par les rayons solaires et qui est rendue prépondérante pour le réservoir du vérin de commande, par la disposition de la chambre du vérin de compensation par rapport à ce réservoir. D'autres avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description des modes de réalisation illustrés par les dessins. La figure 1 montre en perspective un capteur solaire selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 montre le capteur solaire de la figure 1 en vue de coupe, dans une position initiale correspondant au début de la phase ascendante du soleil. La figure 3 montre le capteur solaire de la figure 1 en vue de coupe, dans une position intermédiaire correspondant au soleil de midi. La figure 4 montre le capteur solaire de la figure 1 en vue de coupe, dans une position finale correspondant à un instant avancé de la phase descendante du soleil. La figure 5 montre une came présentant un profil à deux convexités séparées par une concavité. La figure 6 montre en perspective un capteur solaire selon une première variante d'une première forme additionnelle de l'invention. La figure 7 montre en perspective un agrandissement d'une partie du capteur solaire de la figure 6. La figure 8 montre en perspective un capteur solaire selon une deuxième variante de la première forme additionnelle de l'invention. La figure 9 montre le capteur solaire de la figure 8 en vue de coupe, dans une position intermédiaire correspondant au soleil de midi. La figure 10 montre en perspective un capteur solaire selon une deuxième forme additionnelle de l'invention. La figure 11 montre le capteur solaire de la figure 10 en vue de coupe, dans une position intermédiaire correspondant au soleil de midi. Dans la description qui suit, les éléments communs aux différents modes d'exécution de l'invention portent les mêmes références. En référence aux figures 1 et 2, un capteur solaire comprend un panneau solaire 1 pivotant autour d'un axe de rotation 3 fixé à un socle à trois pieds 5. Le panneau solaire 1 est porté par deux gonds 7 fixés à un tube 9 monté en pivotement autour de l'axe de rotation 3. Un vérin, dit de commande, comporte un corps de vérin 11 relié au panneau solaire 1, un réservoir 13 fixé au corps de vérin 11 avec lequel il communique et une tige 15 se déplaçant en translation par rapport au corps de vérin 11 sous l'effet d'une variation de température d'un fluide 17 contenu dans le réservoir 13. Le réservoir 11 est fermé par un couvercle 19 dont le matériau possède un coefficient de conductivité thermique élevé pour favoriser un transfert thermique entre des rayons solaires et le fluide 17 contenu dans le réservoir 11. Le réservoir lui-même 13 ainsi que le corps de vérin 11 sont eux constitué d'un matériau à faible conductivité thermique pour limiter les échanges thermiques entre le fluide 17 et l'air ambiant. On peut par exemple choisir un couvercle un aluminium anodisé noir et un réservoir et corps de vérin en polyamide chargé en fibres de verre. Le fluide possède un coefficient de dilatation thermique élevé pour favoriser le déplacement de la tige 15 en translation par rapport au corps du vérin 11. Il doit également avoir un point d'ébullition assez élevé pour limiter la formation de bulles dans le vérin. On peut par exemple choisir un mélange de pétrole et d'alcool. Le déplacement de la tige 15 en translation par rapport au corps de vérin 11 entraîne le panneau solaire 1 en rotation autour de l'axe de rotation 3, par l'intermédiaire d'un moyen de transmission qui est fixé à l'axe de rotation 3 et avec lequel la tige 15 est en prise. Le moyen de transmission illustré par les figures est une roue dentée 21 en prise avec une crémaillère 23 formée dans la tige 15. Selon l'invention, le corps de vérin 11 est relié à l'axe de rotation 3 par une liaison pivotante, ayant ici la forme d'une bague 25 fixée au tube 9, tandis qu'un volet 27 est monté par une liaison en pivot 29 par rapport au réservoir 13. La liaison en pivot 29 et le volet 27 sont disposés sur un côté du réservoir 13, opposé à l'axe de rotation 3 par rapport à la tige 15. Une came 31 est fixée à l'axe de rotation 3 et un bras suiveur de came 33 est d'une part relié à la came 31 par un galet 35 guidé par une gorge 37 formée dans la came 31 et est d'autre part fixé au volet 27. La came 31 et le bras suiveur de came 33 commandent le volet 27 en pivotement pour contrôler la variation de température du fluide 17 dans le réservoir 13 au cours du pivotement du corps du vérin 11 et du panneau solaire 1 autour de l'axe de rotation 3. Les figures 2 à 4 illustrent le fonctionnement du capteur solaire relativement à l'orientation du panneau solaire par rapport au mouvement apparent du soleil autour de terre. Figure 2, le capteur solaire est dans une position initiale correspondant au début de la phase ascendante du soleil. Dans cette position, le panneau solaire 1 ainsi que le corps de vérin 11 et le réservoir 13 sont orientés vers l'Est tandis que l'un 4 des pieds du socle 5 est disposé suivant l'axe Nord-Sud. L'orientation vers l'Est est déterminée par une position de la crémaillère 23 relativement à la roue dentée 21 pour laquelle le volume occupé par la tige 15 dans le réservoir 13 est à une valeur initiale, appelée à diminuer avec le mouvement apparent soleil par rapport à la terre. La température du fluide 17 est elle aussi à une valeur initiale déterminée par la température de l'air ambiant et par le flux de rayons solaires qui frappent le couvercle 19. Ce flux est contrôlé par une position initiale du volet 27 à laquelle correspond une position initiale du galet 35 dans la rainure 37 de la came 31. La position initiale du volet 27 est choisie pour occulter le couvercle 19 vis-à-vis des rayons solaires dans une proportion initiale, appelée à diminuer avec le mouvement apparent du soleil par rapport à la terre. Figure 3, le capteur solaire est dans une position intermédiaire correspondant au soleil de midi. Dans cette position, le panneau solaire 1 ainsi que le corps de vérin 11 et le réservoir 13 sont orientés vers le Sud tandis que l'un 4 des pieds du socle 5 reste disposé suivant l'axe Nord-Sud. L'orientation vers le Sud est déterminée par une position de la crémaillère 23 relativement à la roue dentée 21 pour laquelle le volume occupé par la tige 15 dans le réservoir 13 est à une valeur intermédiaire, inférieure à la valeur initiale. La température du fluide 17 est elle aussi à une valeur intermédiaire, supérieure à la valeur initiale. En effet, la température du fluide 17 a augmenté pendant la phase ascendante du soleil, à la fois par l'élévation de la température de l'air ambiant et par le flux de rayons solaires qui ont frappé le couvercle 19 pendant cette phase. Ce flux a été contrôlé par le pivotement du volet 27 commandé par la came 31 et le bras suiveur de came 33 de façon à réduire la proportion dans laquelle le couvercle 19 est occulté par le volet 27 vis-à-vis des rayons solaires. Figure 4, le capteur solaire est dans une position finale correspondant à un instant avancé de la phase descendante du soleil. Dans cette position, le panneau solaire 1 ainsi que le corps de vérin 11 et le réservoir 13 sont orientés vers l'Ouest tandis que l'un 4 des pieds du socle 5 reste disposé suivant l'axe Nord-Sud. L'orientation vers l'Ouest est déterminée par une position de la crémaillère 23 relativement à la roue dentée 21 pour laquelle le volume occupé par la tige 15 dans le réservoir 13 est à une valeur finale, inférieure à la valeur intermédiaire. La température du fluide 17 est elle aussi à une valeur finale, supérieure à la valeur intermédiaire. En effet, la température du fluide 17 a continué d'augmenter pendant la phase descendante du soleil, par le flux de rayons solaires qui ont frappé le couvercle 19 pendant cette phase. Ce flux a été contrôlé par le pivotement du volet 27 commandé par la came 31 et le bras suiveur de came 33 de façon à réduire encore la proportion dans laquelle le couvercle 19 est occulté par le volet 27 vis-à- vis des rayons solaires. Suivant le fonctionnement qui vient d'être décrit, le volet 27 est commandé en pivotement par la came 31 et le bras suiveur de came 33 et est opposé à l'axe de rotation 3 par rapport à la tige 15 pour ouvrir progressivement et continument l'angle a entre le volet 27 et le couvercle 19. Cet agencement réduit la proportion dans laquelle le réservoir 13 est occulté vis-à-vis des rayons solaires et permet de contrôler l'élévation de température du fluide d'une façon progressive et continue entre un instant de la phase ascendante du soleil et un instant de la phase descendante. Il s'ensuit que le déplacement de la tige 15 par rapport au corps de vérin 11 est lui aussi progressif et continu et que le panneau solaire 1 est entraîné en rotation en suivant la course du soleil d'Est en Ouest. Dans l'exemple de réalisation illustré précédemment, le profil de la came 31 est en arc de cercle pour commander une variation linéaire de l'angle a entre le volet 27 et le couvercle 19. Il est prévu, figure 5, de donner au profil de came 31 une courbure à deux convexités 30 et 32 séparées par une concavité 34, pour ralentir l'ouverture de l'angle a au passage du bras suiveur de came 33 dans la concavité. Ce ralentissement correspond à un moment de la course du soleil pour lequel la température de l'air ambiant passe par un maximum, en général au milieu de l'après-midi. En référence aux figures 6 et 7, la liaison pivotante entre le corps de vérin 11 et l'axe de rotation 3 comprend un deuxième vérin, dit de compensation. La tige 39 est fixe par rapport au panneau solaire 1 et pivote autour de l'axe de rotation 3 par l'intermédiaire de la bague 25. Le corps de vérin 41 se déplace en translation par rapport à la tige 39 sous l'effet d'une variation de température d'un fluide contenu dans une chambre du vérin de compensation. Les deux corps de vérin 11 et 41 sont fixes l'un par rapport à l'autre. La chambre du vérin de compensation est logée dans le corps de vérin 41 et opposée au volet 27 par rapport au réservoir 13 du vérin de commande pour que les rayons solaires non arrêtés par le volet soient majoritairement absorbés par le réservoir et n'apportent pas de contribution significative au transfert thermique du fluide contenu dans la chambre du vérin de compensation. Cet agencement produit l'effet différentiel indiqué précédemment. En particulier, le réservoir du vérin de commande et la chambre du vérin de compensation ont des volumes calculés pour qu'une même variation de température, en supposant qu'ils contiennent un même fluide, produisent un même déplacement relatif entre tige et corps de vérin pour l'un et l'autre vérin. Les deux corps de vérin 11 et 41 étant, faut-il le rappeler, fixes l'un par rapport à l'autre, le déplacement relatif du vérin de commande est compensé par le déplacement relatif du vérin de compensation, si bien que la tige 15 du vérin de commande n'est pas entrainée en déplacement par rapport à la roue dentée 21. Ainsi, le vérin de compensation permet d'annuler la contribution apportée par la température ambiante à la variation de température du fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande, au profit de celle qui est apportée par les rayons solaires et qui est rendue prépondérante par la disposition de la chambre du vérin de compensation par rapport à ce réservoir. Il en résulte que la rotation du panneau solaire 1 autour de l'axe de rotation 3 suit plus fidèlement la course du soleil, étant gouvernée par le flux solaire contrôlé par le volet, indépendamment de l'air ambiant. Le même effet différentiel est obtenu dans le capteur solaire illustré par les figures 8 et 9. La liaison pivotante entre le corps de vérin 11 et l'axe de rotation 3 comprend également un vérin de compensation. Le corps de vérin 43 est fixe par rapport au panneau solaire 1 et pivote autour de l'axe de rotation 3 par l'intermédiaire de la bague 25. La tige 45 est fixée au réservoir 13 du corps de vérin 11 du vérin de commande et se déplace en translation par rapport au corps de vérin 43 du vérin de compensation, sous l'effet d'une variation de température d'un fluide 47 contenu dans une chambre 49 logée dans le corps de vérin 43 et opposée au volet 27 par rapport au réservoir 13 du vérin de commande. Les deux corps de vérin 11 et 41 coulissant l'un par rapport à l'autre, le déplacement relatif du vérin de commande est là également compensé par le déplacement relatif du vérin de compensation, si bien que la tige 15 du vérin de commande n'est entrainée en déplacement par rapport à la roue dentée 21, qu'en rapport avec la contribution apportée par les rayons solaires à la variation de température du fluide contenu dans le réservoir du vérin de commande. A noter que dans les réalisations illustrées par les figures 6 à 9, le bras suiveur de came 33 est en appui par déformation élastique sur la came 31 pour permettre le déplacement en translation des corps de vérin 11 et 41 ou 43. Les figures 10 et 11 illustrent encore une autre conception permettant d'obtenir l'effet différentiel décrit précédemment. Le capteur solaire comprend là encore un vérin de compensation, comportant un corps de vérin 51 fixe par rapport au corps de vérin 11 du vérin de commande et une tige 53, se déplaçant en translation par rapport aux deux corps de vérin 11 et 51 à la fois, sous l'effet de la variation de température du fluide 17 contenu dans le réservoir 13 du vérin de commande et d'une variation de température d'un fluide 57 contenu dans une chambre 59 du vérin de compensation, opposée au volet 27 par rapport au réservoir 13. La tige 53 présente deux segments 55 et 61 de section différente, plus forte dans la chambre 59 que dans le réservoir 13. Là encore, le déplacement relatif du vérin de commande est compensé par le déplacement relatif du vérin de compensation, si bien que la tige 15 du vérin de commande n'est entrainée en déplacement par rapport à la roue dentée, qu'en rapport avec la contribution apportée par les rayons solaires à la variation de température du fluide contenu dans le réservoir 13 du vérin de commande. Le capteur solaire selon l'invention, dans lequel le mécanisme de commande, y compris la compensation additionnelle, est embarqué, reste un objet à la fois simple à fabriquer et à utiliser.15 REVENDICATIONS1. Capteur solaire comprenant un panneau solaire (1) pivotant autour d'un axe de rotation (3) et un vérin, dit de commande, comportant un corps de vérin (11) relié au panneau solaire (1), un réservoir (13) fixé au corps de vérin (11) avec lequel il communique et une tige (15) se déplaçant en translation par rapport au corps de vérin (11) sous l'effet d'une variation de température d'un fluide (17) contenu dans le réservoir (13), pour entraîner le panneau solaire (1) en rotation par l'intermédiaire d'un moyen de transmission (21) qui est fixé à l'axe de rotation et avec lequel la tige (15) est en prise, caractérisé en ce que le corps de vérin (11) est relié à l'axe de rotation (3) par une liaison pivotante (25) tandis qu'un volet (27) est monté en pivot (29) par rapport au réservoir (13), opposé à l'axe de rotation (3) par rapport à la tige (15) et est commandé en pivotement par une came (31) fixée à l'axe de rotation (3) et par un bras suiveur de came (33) pour contrôler la variation de température du fluide (17) dans le réservoir (13) au cours du pivotement du corps du vérin (11) et du panneau solaire (1) autour de l'axe de rotation (3). 2. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la came (31) possède un profil à deux convexités (30, 32) séparées par une concavité (34). 3. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la liaison pivotante (25) comprend un deuxième vérin, dit de compensation, fixe par rapport au panneau solaire (1) et pivotant autour de l'axe de rotation (3), par lequel le corps de vérin (11) du vérin de commande se déplace en translation par rapport à l'axe de rotation (3), sous l'effet d'une variation de température d'un fluide (47) contenu dans une chambre (49) du vérin de compensation, opposée au volet (27) par rapport au réservoir (13) du vérin de commande. 4. Capteur solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vérin de compensation comprend une tige (39) fixe par rapport au panneau solaire (1) et pivotante autour de l'axe de rotation (3) et un corps de vérin (41) se déplaçant en translation sous l'effet de la variation de température du fluide (47) contenu dans la chambre (49) du vérin decompensation tandis que les deux corps de vérin (11, 41) sont fixes l'un par rapport à l'autre. 5. Capteur solaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que le vérin de compensation comprend un corps de vérin (43) fixe par rapport au panneau solaire (1) et pivotant autour de l'axe de rotation (3) et une tige (45) fixée au corps de vérin (11) du vérin de commande et se déplaçant en translation par rapport au corps de vérin (43) du vérin de compensation sous l'effet de la variation de température du fluide (47) contenu dans la chambre (49) de ce vérin tandis que les corps de vérin (11, 43) coulissent l'un par rapport à l'autre. 6. Capteur solaire selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un deuxième vérin, dit de compensation, comportant un corps de vérin (51) fixe par rapport au corps de vérin (11) du vérin de commande et une tige (53) se déplaçant en translation par rapport aux deux corps de vérin (11, 51) à la fois, sous l'effet de la variation de température du fluide (17) contenu dans le réservoir (13) du vérin de commande et d'une variation de température d'un fluide (57) contenu dans une chambre (59) du vérin de compensation, opposée au volet (27) par rapport au réservoir (13), la tige (53) présentant deux segments (55, 61) de section différente, plus forte dans la chambre (59) que dans le réservoir (13).