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Mémoire descriptif déposé à l'appui de la demande de brevet pour "Capteur solaire du type héliostatique, équatorial"
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La présente invention est relative à un capteur solaire compor- tant un réflecteur courbe des rayons du soleil et un capteur sur lequel sont concentrés les rayons réfléchis et dans lequel circule un fluide absorbant les calories captées, ce fluide pouvant être directement un liquide comme l'eau que l'on désire porter à une température de maximum 90,95 degrésjOu encore un fluide dont le point d'ébullition est plus élevé venant et ramené par exemple vers un échangeur de chaleur.
En fonction du fluide prévu, des températures bien supérieures à 100 degrés peuvent être envisagées et dès lors les applications de ce capteur solaire seront diverses et en tout cas non limitées par exemple à l'eau sanitaire mais par exemple il trouvera son utilisation notamment dans des installations de chauffage, conditionnement d'air,
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déssalement de l'eau de mer, etc...
Le capteur solaire selon l'invention se caractérise par un ensemble mobile composé d'un réflecteur présentant une courbure concave dans le sens de son déplacement transversal principal, c'est- à-dire du levant ou couchant et courbure, d'une part à sa partie centrale correspondant à environ la moitié de la surface de réflexion d'un arc de cercle dont les rayons-convergent vers un centre qui est placé sur la bissectrice ou axe de symétrie, de cesdits rayons et dit centre qui se trouve au-delà du point central de réflexion et d'autre part, de part et d'autre de cette partie centrale une autre partie, surface de réflexion, correspondant chacune à environ la moitié de la partie centrale,
et d'une courbure en arc de cercle dont les rayons de chacune de ces deux parties sont supérieurs et convergent en se croisant vers un centre placé de part et d'autre de la bissectrice des rayons de la partie centrale et au-delà du centre de cesdits rayons de la partie centrale.
Le réflecteur est pourvu de manière connue à sa surface, de moyens de réflexions angulaires des rayons solaires vers une partie axiale centrale au droit de laquelle se situe le capteur, celui-ci étant constitué essentiellement par un conduit central aplati en forme afinée de queue de poisson renversée, chacun des deux côtés tournés vers
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le réflecteur présentant une surface concave captrice, c'est-à-dire pourvue de moyens connus d'absorption de chaleur, ce conduit étant placé de manière connue une matière isolante dans une enceinte fermée mars contretransparente du moins pour sa partie devant laisser passer les rayons réfléchis.
L'avantage du système proposé est de pouvoir placer le capteur plus près de la surface de réflexion et de limiter ainsi les
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erreurs d'angles de réflexion et les déperditions. Par ailleurs, le capteur solaire selon l'invention comporte également les perfectionnements suivants. Il est conçu comme un ensemble particulièrement rigide en forme de cadre porteur du réflecteur courbe, à montants placés à angle droit, sur lesquels sont fixés les montants tenant le capteur.
Ce cadre, susceptible desâéplacer de droite ver & la gauche (de manière à prendre le soleil depuis son levant jusqu'à son couchant), est monté sur un socle selon une inclinaison déterminée par la latitude de l'endroit où le capteur est destiné. Bien entendu, le cadre est susceptible de revenir chaque jour à son point de départ.
Il est prévu que le mouvement de droite à gauche (et retour) du cadre est commandé par un dispositif électrique qui l'amène en position lorsqu'il y'a du soleil et lui fait suivre le mouvement de celui-ci ; on obtient ce résultat par un simple jeu de deux photos-électriques, une pour chacun des deux champs du réflecteur et en ayant recours à un dispositif électronique de commande programmée de déplacement de type connu.
Afin de suivre parfaitement les évolutions du soleil dont la hauteur de la courbe par rapport à l'horizon se modifie lentement en cours d'année pour atteindre son maximum lors du solstice d'été et son minimum lors du solstice d'hiver, on prévoit un double système de cadre mobile, un premier cadre mobile assurant un déplacement selon un axe vertical et tel que décrit ci-avant et premier cadre à l'intérieur duquel est monté un deuxième cadre mobile susceptible d'un déplacement selon un axe horizontal ; c'est bien entendu, dans et sur ce deuxième cadre que l'on monte dès lors le réflecteur et le capteur.
Comme les corrections à apporter dans le sens horizontal ne sont à prévoir que selon un rythme assez lent et par exemple de 15 en 15 jours, on peut prévoir un simple dispositif manuel à crans. Ce déplacement selon un axe vertical a pour but de permettre dès lors que la longueur du capteur est identique à la hauteur de la surface de réflexion aux rayons réfléchis de l'une ou de l'autre, selon le cas, des extrémités longitudinales de la surface de réflexion, de ne pas dépasser l'une ou l'autre extrémité du capteur et donc d'être perdue.
Une autre solution possible et proposée qui évite le recours à un double cadre, est de prévoir un capteur dont la longueur est
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supérieure à la hauteur de la surface de réflexion et qui va dépasser tant au-dessus qu'en-dessous de la surface de réflexion de manière que la totalité des rayons réfléchis entre dans le champ du capteur. Cette variante de réalisation est possible dès lors que selon l'invention le capteur est situé relativement près de la surface de réflexion, ce qui permet des dépassements d'une longueure limitée.
Pour conserver la bonne courbure, c'est-à-dire celle voulue et déterminée, de la surface de réflexion, on prévoit afin d'éviter sa déformation et sa distortion par exemple en fonction du phénomène de dilatation ou autre, de fixer non seulement la surface de réflexion à ces deux extrémités latérales mais également en son centre vertical sur un montant revenant se fixer au cadre mobile (premier ou deuxième selon le cas).
Afin de mieux comprendre l'invention et d'en faire ressortir ges caractéristiques, on la décrit maintenant de manière exemplative et non limitative par rapport à un dessin annexé qui représente schémati- quement : à la figure 1 une vue générale d'un capteur solaire et son socle selon l'invention ; à la figure 2 une vue de face avant du seul double cadre réflec- teur et capteur ; aux figures 3a et 3b des vues de côté ae la figure 2 selon deux positions du cadre intérieur ; à la figure 4 une vue de face arrière du double cadre réflecteur, capteur ; à la figure 5 une vue de face avant d'une variante de réalisation un simple cadre capteur réflecteur ; à la figure 6 une vue du principe adapté pour réaliser la double courbure de la surface de réflexion ; à la figure 7 une vue agrandie en coupe verticale dans le capteur.
En se référant à ces différentes figures, on a représenté par (1) un socle portant par deux montants se présentant inclinés (2,3) par rapport à l'horizontal, le premier cadre (4) constitué par quatre montants droits (4a, 4b, 4c, 4d). Le cadre (4) est fixé sur deux axes (5, 6)'aux montants (2,3) de manière à pouvoir pivoter dans le sens horizontal de droite à gauche et inversement.
Dans ce premier cadre (4) est monté un deuxième cadre (7) également.
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à quatre montants droits (7a, 7b, 7c, 7d), qui, par l'intermédiaire de deux axes latéraux de pivotement (8, 9) permettent de modifier l'inclinaison du deuxième cadre (7), un bras cranté (10) pouvant être placé en bas ou haut pour conduire le déplacement successif du deuxième cadre selon les périodes de l'année.
Par (11) on a représenté le capteur dans son ensemble, c'est-à-dire (en se référant plus particulièrement à la figure 7) le conduit (12) formant capteur proprement dit et comportant intérieurement un espace aplati (12a) dans lequel va pouvoir circuler un fluide, et extérierement deux faces concaves (12b, 12c) réceptrices des rayons réfléchis, faces traitées de manière à réaliser un maximum d'absorption de la chaleur. Le capteur est monté par des bras 25,26 au cadre 7.
L'arrière du conduit (12) est protégé par une couche (13) de matière isolante, l'ensemble étant placé dans une gaine fermée et constituée par une enceinte transparente (14), verre ou matière plastique du type polyacrilate, fixée dans un socle métallique (15).
On voit encore la surface de réflexion (16) fixée dans le deuxième cadre et qui est formée par une plaque présentant une certaine courbure, cette plaque est revêtue- (non représenté) de moyens de réflexion-de type connu, des rayons du soleil et cela selon des angles déterminés et elle est renforcée à l'arrière (voir figure 5) par un montant vertical (17).
Alors que normalement et comme représenté aux figures 1 à 3., le capteur (11) a une longueur (en ce qui concerne les surfaces d'absorption) égale à la hauteur de la plaque de réflexion (en ce qui concerne la surface munie de moyens de réflexion), toutefois et pour les raisons indiquées ci-avant, on peut ne prévoir, comme représenté à la figure 5, qu'un cadre (18) ayant les fonctions du cadre (4) et du cadre (18) dans lequel est montée une plaque de réflexion (19) éventuellement de hauteur plus réduite (ou encore sa surface munie de moyens de réflexion), mais alors le capteur (20) sera d'une longueur (en ce qui concerne les surfaces d'absorption) plus élevée à ladite hauteur.
En se référant à la figure 6, on voit le principe au moyen duquel est réalisée la courbure de la plaque de réflexion (16 ou 19) : la partie (CB) selon un arc de cercle de rayons (21) ayant pour centre (C) la partie (DE), de même, courbure selon un arc de cercle de rayons
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(21) de même longueur ayant pour centre (C' ) et la partie centrale (BAD) selon un arc de cercle plus faible de rayons (22) ayant pour
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centre (C).
Sur cette figure on a encore représenté la place du capteur (11 ou 20) et les rayons du soleil (23), ainsi que les rayons réfléchis (24) par les moyens de réflexion angulaires-.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et l'on ne sortirait pas de son cadre en y apportant des modifications, notamment en prévoyant une plaque de réflexion présentant de part et d'autre de son centre une succession de courbures d'arc de cercle dont le centre des rayons s'écarte de plus en plus de la bissectrice et du centre des rayons de la partie centrale.
Le capteur solaire selon l'invention est donc du type héliostatique, équatorial, à deux plages de réflection.
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Descriptive memorandum filed in support of the patent application for "Solar collector of the heliostatic, equatorial type"
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The present invention relates to a solar collector comprising a curved reflector of the rays of the sun and a sensor on which the reflected rays are concentrated and in which circulates a fluid absorbing the calories captured, this fluid can be directly a liquid such as water which it is desired to bring to a temperature of maximum 90.95 degrees or a fluid whose boiling point is higher coming and being brought back for example to a heat exchanger.
Depending on the expected fluid, temperatures well above 100 degrees can be considered and therefore the applications of this solar collector will be diverse and in any case not limited for example to domestic water but for example it will find its use especially in heating systems, air conditioning,
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desalination of seawater, etc.
The solar collector according to the invention is characterized by a mobile assembly composed of a reflector having a concave curvature in the direction of its main transverse displacement, that is to say of the rising or setting and curvature, on the one hand to its central part corresponding to approximately half of the reflection surface of an arc of a circle whose rays converge towards a center which is placed on the bisector or axis of symmetry, of these said rays and said center which lies beyond from the central point of reflection and on the other hand, on either side of this central part, another part, reflection surface, each corresponding to approximately half of the central part,
and a curvature in an arc of a circle whose radii of each of these two parts are greater and converge by crossing towards a center placed on either side of the bisector of the rays of the central part and beyond the center of these rays of the central part.
The reflector is provided in a known manner on its surface, with means for angular reflections of the sun's rays towards a central axial part to the right of which the sensor is located, the latter being essentially constituted by a central conduit flattened in the form of a tailed tail upside down fish, both sides facing
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the reflector having a concave receiving surface, that is to say provided with known means for absorbing heat, this duct being placed in known manner an insulating material in a closed enclosure which is counter-transparent at least for its part which must allow the reflected rays.
The advantage of the proposed system is to be able to place the sensor closer to the reflection surface and thus limit the
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reflection angle errors and losses. Furthermore, the solar collector according to the invention also includes the following improvements. It is designed as a particularly rigid assembly in the form of a support frame for the curved reflector, with uprights placed at right angles, on which the uprights holding the sensor are fixed.
This frame, capable of moving from right to left (so as to take the sun from its rising to its setting), is mounted on a base at an inclination determined by the latitude of the place where the sensor is intended. Of course, the frame is likely to return every day to its starting point.
It is expected that the movement from right to left (and back) of the frame is controlled by an electrical device which brings it into position when there is sun and makes it follow the movement thereof; this result is obtained by a simple set of two photos-electrics, one for each of the two fields of the reflector and by using an electronic device for programmed displacement control of known type.
In order to perfectly follow the evolutions of the sun whose height of the curve compared to the horizon changes slowly during the year to reach its maximum during the summer solstice and its minimum during the winter solstice, a double movable frame system, a first movable frame ensuring a displacement along a vertical axis and as described above and first frame inside which is mounted a second movable frame capable of displacement along a horizontal axis; it is of course, in and on this second frame that the reflector and the sensor are therefore mounted.
As the corrections to be made in the horizontal direction are only to be expected at a fairly slow rate and for example 15 to 15 days, it is possible to provide a simple manual device with notches. The purpose of this displacement along a vertical axis is to allow, as soon as the length of the sensor is identical to the height of the surface of reflection to the rays reflected from one or the other, as the case may be, of the longitudinal ends of the reflection surface, not to exceed one or the other end of the sensor and therefore to be lost.
Another possible and proposed solution which avoids the need for a double frame, is to provide a sensor whose length is
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greater than the height of the reflection surface and which will exceed both above and below the reflection surface so that all of the rays reflected enter the field of the sensor. This alternative embodiment is possible when, according to the invention, the sensor is located relatively close to the reflection surface, which allows overshoots of a limited length.
To preserve the good curvature, that is to say that desired and determined, of the reflection surface, provision is made in order to avoid its deformation and distortion, for example depending on the phenomenon of expansion or the like, to fix not only the reflection surface at these two lateral ends but also in its vertical center on an upright returning to be fixed to the movable frame (first or second as the case may be).
In order to better understand the invention and to bring out its characteristics, it is now described by way of example and without limitation with respect to an attached drawing which schematically represents: in FIG. 1 a general view of a solar collector and its base according to the invention; in Figure 2 a front view of the single double reflector and sensor frame; Figures 3a and 3b side views ae Figure 2 in two positions of the inner frame; in Figure 4 a rear front view of the double reflective frame, sensor; in Figure 5 a front view of an alternative embodiment of a simple reflective sensor frame; in Figure 6 a view of the principle adapted to achieve the double curvature of the reflection surface; in Figure 7 an enlarged view in vertical section in the sensor.
Referring to these different figures, there is shown by (1) a base carrying by two uprights presenting themselves inclined (2,3) relative to the horizontal, the first frame (4) constituted by four straight uprights (4a, 4b, 4c, 4d). The frame (4) is fixed on two axes (5, 6) 'to the uprights (2,3) so as to be able to pivot in the horizontal direction from right to left and vice versa.
In this first frame (4) is mounted a second frame (7) also.
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with four straight uprights (7a, 7b, 7c, 7d), which, by means of two lateral pivot axes (8, 9) make it possible to modify the inclination of the second frame (7), a notched arm (10) can be placed at the bottom or top to drive the successive displacement of the second frame according to the periods of the year.
By (11) there is shown the sensor as a whole, that is to say (with particular reference to FIG. 7) the conduit (12) forming the sensor proper and internally comprising a flattened space (12a) in which will be able to circulate a fluid, and externally two concave faces (12b, 12c) receiving the reflected rays, faces treated so as to achieve maximum absorption of heat. The sensor is mounted by arms 25, 26 to the frame 7.
The rear of the duct (12) is protected by a layer (13) of insulating material, the assembly being placed in a closed sheath and constituted by a transparent enclosure (14), glass or plastic material of the polyacrilate type, fixed in a metal base (15).
We also see the reflection surface (16) fixed in the second frame and which is formed by a plate having a certain curvature, this plate is coated (not shown) with means of reflection-of known type, the rays of the sun and this at determined angles and it is reinforced at the rear (see Figure 5) by a vertical upright (17).
While normally and as shown in Figures 1 to 3., the sensor (11) has a length (with regard to the absorption surfaces) equal to the height of the reflection plate (with regard to the surface provided with means of reflection), however, and for the reasons indicated above, it is possible to provide, as shown in FIG. 5, only one frame (18) having the functions of the frame (4) and of the frame (18) in which is mounted a reflection plate (19) possibly of reduced height (or its surface provided with reflection means), but then the sensor (20) will be of a length (as regards the absorption surfaces) more raised to said height.
Referring to FIG. 6, we see the principle by which the curvature of the reflection plate (16 or 19) is produced: the part (CB) according to an arc of a circle of rays (21) having for center (C ) the part (DE), likewise, curvature according to an arc of a radius
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(21) of the same length having for center (C ') and the central part (BAD) according to a weaker arc of radii (22) having for
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center (C).
In this figure, the position of the sensor (11 or 20) and the rays of the sun (23) have also been shown, as well as the rays reflected (24) by the angular reflection means.
Of course, the invention is not limited to the embodiments described and shown and one would not go beyond its scope by making modifications to it, in particular by providing a reflection plate having on either side of its center a succession of curvatures of an arc of a circle whose center of the rays deviates more and more from the bisector and from the center of the rays of the central part.
The solar collector according to the invention is therefore of the heliostatic, equatorial type, with two reflection ranges.