SEMISTATIC FRESNEL CONDENSER WITH CROSSED MIRRORS

Abstract: The invention relates to optical instruments allowing to hold in a fixed position the pseudofocal optical image of a moving radiation source, or vice versa, to obtain orientable emerging beams of parallel rays, from a quasi-punctual light source. It comprises two frames arranged as a reentering dihedron, two Fresnel-steps mirrors with cylindrical parabolic effect and crossed axes, articulations on the steps allowing to make them rotate about axes of fixed direction in each frame, one control for each frame allowing equal rotation motions of the steps, one servo-control for said control by means of a differential thermostat and a reciprocating motor and, according to the case, one energy sensor or one irradiating source. Among the most interesting applications of the invention, it may be mentioned the collection of solar energy by the tracking method, the remote location of moving objects, the optical signalling, the making of test chambers with artificial sun.

Description: La présente invention concerne un instrument du type concentrateur de rayons optiques permettant de maintenir en position stable le foyer de concentration t quand la source radiative émettant des rayons parallèles se déplace , ou inversement t d'émettre des rayons parallèles de direction contrtlable à partir d'une source quasi ponce tutelle. Le domaine technique de l'intentions'étend à l'ensemble de l'optique , aux procédés de repérage directionnels et mesure d'intensitéd'une ##### source radiative b à ltémission de rayonnements parallèles de coordonnées sphé- riques variables g et aux systèmes de captation industriels d'énergie solaire; Dans la technique actuelle , la stabilisation de l'image d'une source radiative lointaine , comme le soleil , est obtenue par différente procédés , essentiellement des héliostats plans disposés en champ pour les installations de grosse puissance ou des miroirs concaves montés sur équipages mobiles tournant autour de leur foyer . Ces systèmes ont l'inconvénient dtexiger le mouvement de pièce volumineuses et mal profiléesadrodynamiquement e donc instables dans le vent. Des améliorations ont été apportées en remplacement de cylindres paraboliques , en utilisant des miroirs de Fresnel longilignes , à axes parallèles t soit fixes s'ils sont disposés sur un profil de coupe circulaire , soit mobiles autour de leur axe longiligne avec décalages angulaires constants. Les premiers ont l1iflconvénient d > exi- ger que le lieu de focalisation reste lui-m#me sur le profil circulaire g les deux systèmes ont le désavantage majeur de concentrer l'énergie linéairement sur une source linéaire ce qui présente de graves problèmes d'éclairement incomplet dès que la source n'est pas dans le plan méridien des miroirs e et de concentration insuffisante par rapport aux systèmes concaves à foyer concentré en trois dimensions. Le nouveau système permet d'obtenir la stabilité du foyer de radiations concentrées à l'aide de très faibles mouvemen::s de pièces petites , à l'intérieur de cadres fixes , sans avoir à déplacer l'ensemble du système ré fléchissant et il résout la majorité des problèmes de con centration maximale sur le foyer. La présente invention est remarquable en ce qu'elle associe d'une part un ch#ssis fixe support et deux ensembles réfléchissantes portés par le chassies, composés chacun d'un cadre et de miroirs plans mobiles reliés par un système de mêmes déplacements angulaires d'un type quel conque autour d'axes parallèles fixés sur deux côtés du cadre , à partir dwune position de repos pour laquelle les miroirs sont calés en échelons du miroir de Fresnel équiva lent à un miroir cylindro-parabolique concave , de meme foyer optique linéaire sous radiations incidentes parallèles et d'autre part les systèmes de commande manuels ou motn- risés des systèmes de déplacements angulaires communs des jeux de miroirs , chacun des ensembles cadre-miroirs étant disposé de telle manière que les directions des axes de ro tation des deux systèmes de miroirs associés spient perpen diculaires entre eux dans l'espace et que les rayons réflé chis par l'un des ensembles soient totalement ou partielle ment interceptés par l'autre. La présente invention est aussi remarqua ble en ce que f dans une de ses formes ,les miroirs des s#- èmes sont calés en position de repos par le système de mimes déplacements angulaires par blocage desserrable permettant de modifier la position géographique du foyer 2 pour la mfme direction de rayons incidents, La présente invention est aussi remarqua ble en ce que w dans une de ses formes , sont installés au foyer de pseudo-focalisation ,un thermostat différentiel électrique , fluidique , ou opto-électronique f captant lt effet différentiel de la température ambiante et du rayonne ment t et surle système de déplacement angulaire d'un des systèmes de miroirs , une commande motorisée électrique , ma gnétique , fluidique , ou quelconque , imprimant aux miroirs un mouvement angulaire alternatif ,balayant tout le champ angulaire de la course de la source de radiations mobile ,le thermostat différentiel interrompant , par coupure directe ou assistée h et dès lors qu'il reçoit et absorbe le pinceau de radiations focalisées , l'énergie d'alimentation de la commande motorisée du déplacement. La présente invention est aussi remarquable en ce que , dans une de ses formes , les deux e nsembles de cadre-miroirs sont motorisés et équipés de thermostats dif férentiels indépendants contrBlant l'énergie de motorisation La présente invention-st aussi remarquable en ce que t dans une de ses formes t est installé au foyer, avec ou sans le thermostat différentiel précité ¯-, un ensemble de cellules photoélectriques voltaïques , regroupées ou non, ou un échangeur dténergie thermo-absorbant à fluide g trans formant et rendant utilisable l'énergie de radiation concen tréeau foyer par le Jeu des systèmes optiques d'ensemble¯ La présente invention est aussi remarquable en ce que , dans une de ses formes , est installée au foyer une source radiative d'un type quelconque w électrique ou non t dont les rayons incidents sont transformés par l'apoa- reil en faisceau de rayons parallèles orientables au gré de la commande des deux systèmes de déplacement angulaires t dans toutes les directions de l'espace. Ltinstrument appelé focaliseur semi-statique de Fresnel à miroirs croisés perpendiculairement t est re présenté dans l'une de ses formes 2 par une planche de des sins comportant les figures 1 , 2 , et 3. Suivant la figure 1 w qui représente l'une des formes les plus complètes de l'invention , les rayons 1 , re çus d'une source lointaine s sont réfléchis par le miroir échelon Fresnel 2 du premier système cadre-miroirs formés du cadre 4 prenant appui sur le bEti trépied 5 .-Les miroirs 2 tournent autour des axes parallèles 3 et sont reliés par un parallélogramme déformable 5 assurant une mEme rotation des miroirs 2 , dont le calage primitif concentre les rayons 1 sur une focale linéaire 15 . Cet ensemble ne fait pas par tie de la nouveauté w puisqu'ilest du domaine public . Un moteur électrique 6 commande la parallélogramme 5 f pour 1' orientation des échelons 2 . Toujours suivant la figure 1 le rayon réfléchi 7 du rayon 1 est reçu par le miroir 8 du deuxième ensemble cadre-miroirs , associant les miroirs 8, le cadre 10 tet les axes de rotation 9 dont la particularité suivant l'invention est d'!tre perpendiculaires en direction à celle des axes 3 .Le calage du miroir 8 sur son système de même d"placement angulaire 11 est tel qu'au repos de réglage , le rayon 7 est réfléchi suivant le rayon 13 sur le thermostat différentiel t6 et le capteur 17 qui forment une cible fixe centrée sur le point de convergence théorique 18 . Tous les miroirs 2 et 8 sont calés au repos de réglage sur les cibles 15 et 18 , et forment des échelons Fresnel de deux miroirs concaves cyliadro-paraboliques d'axes perpendiculaires t étant entendu que ce système croisé bénéficie des propriétés physiques explicitées suivant les figures 2 et 3. Suivant la figure 2 t les perpendiculaires au miroir 2 sont dans le plan de cette figure ,et w d'après l'inégalité des angles d'incidence et de réflexion sur un mi¯ roir , il est possible de caler chaque miroir 2 pour faire converger 7 sur la cible 15 . Si les rayons 1 tournent en projection d'un angle déterminé , il suffit de faire tourner les miroirs 2 de la moitié de cette rotation , pour ramener l'image de la source lointaine à travers l'ensemble des miroirs 2 sur la droite t dont la trace est le point cible 15. Suivant 2 est la figure 3 , on constate que des puisque 2 est un miroir-plan , les rayons réfléchis 7 des rayons 1 tombant sur un miroir 2 restent parallèles entre eux et en étendent l'exposé qui vient d'être fait pour le premier ensemble cadre-miroirs au second. On constate suivant la figure 3 qu'il est possible de caler les miroirs 8 pour qu'en projection ,les rayons 13 réfléchis de 7 convergent sut la la projection de 18. Ainsi, suivant l'ensemble des figures 2 et 3 , l'image de la source lointaine émettant les rayons 1 est à travers le premier ensemble cadre-miroirs une 3 , et, portion de la droite focale 15 parallèle aux axes 3 2 et , grâce à la perpendicularité des directions des axes 3 et 9 de l'in- vention , cette portion linéaire a pour image la cible quasi- ponctuelle 18. Suivant la figure 3 , on constate aussi que si la source se déplace et émet des rayons 20 décalés de la direction des rayons 1 , les rayons 13 se transforment en rayons 21 qui ne convergent plus sur la cible 18 et n'écbauf font plus le thermostat différentiel 15 qui se refroidit et ferme par contact le circuit d'alimentation énergétique du moteur 22 de commande du parallélogramme déformable 12 Les miroirs 18 se mettent à os ciller alternativement dans l'angulation 23 calculée pour que la convergence en 18 des rayons 1 suivant la figure 3 t soit toujours possible Y.4 Quand le faisceau des rayons 21 vient à passer devant la cible 18 s le thermostat différentiel ouvre le circuit d' alimentation du moteur Z2 , et le système starrtte en position stable devant le capteur 16 qui récupéère l'énergie à un très haut niveau de concentration et le transmet as système d'utilisation non représenté sur les figures de la planche# L'application à deux thermostats permet évidemment de contrôler la focalisation aussi bien en hauteur qutazimuth sidéraux . Il est évident qu'en raison du pri;a:ipe dia retour inverse de la lumière si une source irradiante est placé. en 18 s ses rayons sont transformés en rayons parallèles 1 dont la hauteur et l'azimuth as traux sont csntrtlables à volonté en commandant les sys tèmes 5 et 12 . De manière industrielle p l'appareil est utilisable de manières multiples , puisqu'il s'adapte à toutes radiations . Dans le domaine de la production énergétique , c'est un capteur à concentration de poursuite du soleil t il travaille indépendamment de la position du ch#s- sis fixe et se fixe sur toute paroi ': Dans le domaine des repérages et mesures , il peut seadapter à des émetteurs variés 2 les miroirs peuvent titre des antennes réfléchissan tes e et , associé à une mesure des vitesses de propaga tion d'ondes , il s'intègre au système de suivi d'engins mobiles . Dans le domaine des essais de matériel de capta tion d'énergie , il permet de réaliser des chambres solaires artificielles à éclairages parallèles orientables et sans ondes composées transversales à l'onde principale.

Claims: REVENDIC. TIONS 1 -Ensemble optique à deux cadres d'ossature (4) et (10) portés par un chassis fixe (5) et munis chacun un miroir cylindrique de Fresnel à échelons élémentaires réfléchissants plans (2) et (8) dont les inclinaisons progressives permetten#t pour chacun de ces deux miroirs de Fresnel une focalisation linéaire ; ; chacun des échelons réfléchissants plans (2) ou (8) étant porté par un axe paral lèle à son plan et autour duquel il peut osciller sous l'action de moyens de commande communs , d'une part à tous les échelons élémentaires (2) dont les axes (3) sont parallèles entre eux dans le vadre (4) g d'autre part à tous les échélons élémentaires (8) dont les axes (9) sont parallèles entre eux dans le cadre (10) g caractérisé en ce que les plans des cadres (4) et (10) forment un dièdre réfélchissant d'angle au sommet infériez ou égal à 900 t tandis que la direction des axes dtoscillatioa (3) des échelons réfléchissants (2) du premief cadre (4) est perpendiculaire à la direction des axes d'oscillation (9) des échelons réfléchissants (8) du second cadre (10) f de façon à focaliser un rayonnement incident (1) sur une cible (17). 2 - Ensemble optique suivant la revendication 1 ,caractérieé en ce que les moyens de commande dtangulation sont reliés aux échelons élémentaires réfléchissants (2) et (8) par un système de blocage serrable et desserrableo 3 - Ensemble optique suivant les revendications 1 et 2 , caracterisé en ce que le premier miroir de Fresnel (2) e (3) 2 (4) est associa à une commande (5) à moteur (6) , alternative et sans fin ; ; pour l'angulation des échelons élémentaires (2) t cette commande (5) étant alimentée à partir d'une source d'énergie indépendante et à partir d'un thermostat différentiel (16) placé près de la cible de focalisation 4 -Ensemble optique suivant la revendication 3 t caractérisé en ce que le second miroir de Fresnel (8) e (9) 2 (io) est associé à une commande (12) à moteur (22), al- native et sans fin e pour r#ngulation des é chelons éldmentaires (8) t cette commande (12) étant alimentée à partir d' une source d'énergie indépendante et à partir du thermostat différentiel (16) placé près de la cible de focalisation (17). 5 - Ensemble optique suivant l'une quelconque des revendications précédentes , caractérisé en ce qu. à la cible de focalisation (17) sont associés des moyens pour la captation de 1' énergie t tels que des cellules voltaques ou à absorbeur thermo-fluide. 6 - Ensemble optique suivant l'une quelconque des revendications précédentes t caractérisé en ce qu'on lui associe t dune part une source irradiante quasiponctuelle placée au foyer (ils) et émettant vers l'ensem- ble da premier miroir de Fresnel (2) s (3) e (4) , d'autre part un système pour le contrôle manuel ou asservi des sys- tèmes de commande d'équi-angulation des échelons. 7 - Ensemble optique suivant l'une quelconque des revendications précédentes t caractérisé en ce qus il est incorporé à un générateur d'énergie solaire pour re cevoir et focaliser les rayons du soleil.

Inventors: PERRIER, JEAN
Applicants: PERRIER, JEAN
Application year: 1982
Main classification: G02B17
IPC codes: G02B17, F24J2, H01L31