FR2501345A1

FR2501345A1 - Capteur solaire heliostatique

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Publication number: FR2501345A1
Application number: FR8203585A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-03-04
Filing date: 1982-03-04
Publication date: 1982-09-10
Also published as: GB2094499A; IT8120127A0; GB2094499B; FR2501345B1

Abstract

CAPTEUR SOLAIRE POUR USAGES MENAGERS ET INDUSTRIELS, CARACTERISE EN CE QU'IL COMPREND: UN HELIOSTAT CS AYANT UNE GEOMETRIE PARTICULIERE CONOSPHERIQUE (C'EST-A-DIRE COMBINANT UN TRONC DE CONE ET, A SA PETITE BASE, UNE CALOTTE SPHERIQUE), UN BERCEAU 10 SUPPORTANT L'HELIOSTAT, DISPOSE SUR UN CHASSIS FIXE 20, AVEC POSSIBILITE DE TOURNER AUTOUR D'UN AXE AP PARALLELE A L'AXE POLAIRE DE LA TERRE, LEDIT HELIOSTAT ETANT PIVOTE AU BERCEAU AVEC POSSIBILITE DE TOURNER AUTOUR D'UN AXE PERPENDICULAIRE A L'AXE DE ROTATION DU BERCEAU, DES MOYENS D'ACTIONNEMENT DU BERCEAU ET DES MOYENS 5, 7, 8, 12, 13 D'ACTIONNEMENT DE L'HELIOSTAT ASSERVIS AUX MOYENS D'ACTIONNEMENT DU BERCEAU DE MANIERE A POUVOIR IMPARTIR A L'HELIOSTAT UN MOUVEMENT COMBINE DANS DES DIRECTIONS PERPENDICULAIRES ENTRE ELLES SELON UN PROGRAMME BIEN DETERMINE.

Description

1, La présente invention concerne, de façon générale, les

capteurs solaires et vise, en particulier, un capteur so-

laire pour usages domestiques et industriels, qui possède un élément capteur de géométrie spécialement étudiée pour optimiser le rendement optique/thermique, et est commandé par un système continu de pointage au soleil, de prix de

revient assez réduit.

Il est connu que les capteurs solaires sont des dis-

positifs propres à la conversion et à l'accumulation de l'énergie solaire, étant donné que la radiation solaire, dans les conditions ordinaires de réception, n'a pas une

intensité suffisante pour la plupart des usages technolo-

giques. Les capteurs solaires sont de deux genres: ceux dans lesquels la radiation est focalisée, à partir de grandes surfaces, sur des petites surfaces chauffantes et ceux dans lesquels la même radiation est captée et accumulée par des

récepteurs ou capacités thermiques.

Les capteurs à focalisation ou à concentration attei-

gnent des températures élevées et exigent une exposition au soleil directe et un ciel serein, et surtout une certaine

mobilité pour suivre le cours apparent du soleil. Les cap-

teurs non focalisants sont, en général, pourvus de surfaces réceptrices planes, donnent des températures limitées, sont fixes et peuvent être utilisés même dans les jours qui ne

sont pas parfaitement sereins.

Il est, en outre, connu qu'un héliostat, par défini-

tion, est un miroir capable de réfléchir dans une direction fixe un faisceau des rayons solaires, malgré la rotation

diurne apparente du soleil.

Le miroir peut prendre les formes les mieux appropriées pour diriger les rayons réfléchis sur l'élément capteur d'énergie et il peut être fait en un matériau quelconque

d'un pouvoir réfléchissant élevé.

L'exploitation industrielle desdits dispositifs a con-

duit, en général, à la réalisation de collecteurs solaires qui peuvent être employés même pour des usages ménagers et d'héliostats qui, groupés en batteries, sont destinés à former la partie captante de l'énergie solaire pour des

centrales thermiques.

Le but de la présente invention est de réaliser un

capteur solaire du-genre à focalisation linéaire, de di-

mensions très réduites et qui est apte à donner un rende- ment d'énergie plus grand que celui d'un convertisseur

solaire normal, plan, ayant la même surface.

Un autre but de l'invention est de réaliser un capteur solaire du genre à focalisation linéaire, qui est à même de suivre le cours apparent du soleil, sans exiger la présence d'un opérateur, pendant un temps sensiblement indéfini

d'années solaires.

Un autre but de l'invention est de réaliser un capteur solaire du genre susdit, d'un prix de revient très réduit, de toute façon ne dépassant pas celui d'un convertisseur solaire plan classique ayant une surface équivalente, et

dont les coûts d'entretien sont tout à fait concurrentiels.

Un autre but de l'invention est de réaliser un hélios-

tat d'une géométrie telle qu'il en résulte qu'il est peu encombrant, tout en fournissant une surface réfléchissante capable de donner un taux de concentration élevé, et qu'il permet d'être reproductible, à partir d'unseul modèle, de

manière modulaire avec des surfaces réfléchissantes diffé-

rentes, selon les exigences.

Enfin, un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif de commande pour impartir au capteur solaire un mouvement cyclique de poursuite du cours apparent du soleil, dispositif qui est conçu de manière très simple et qui est

pourtant à même d'être commandé par une personne quelcon-

que sans la nécessité d'exiger des manoeuvres spéciales,

et qui présente une autonomie presque illimitée.

Plus particulièrement, le capteur solaire pour usages domestiques et industriels selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend: un héliostat ayant une

géométrie particulière conosphérique, c'est-à-dire consti-

tuée par la combinaison d'un tronc de cône avec, à sa peti-

te base, une calotte sphérique, un récepteur cylindrique coaxial à l'axe de la conosphère, un berceau pour supporter 3. l'héliostat, disposé sur un chassis fixe, avec possibilité de tourner autour d'un axe parallèle à l'axe polaire de la

Terre, ledit héliostat étant pivoté au berceau avec pos-

sibilité de tourner autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de rotation dudit berceau, des moyens d'actionnement du

berceau et des moyens d'actionnement de l'héliostat asser-

vis aux moyens d'actionnement du berceau de manière à pou-

voir impartir à l'héliostat un mouvement combiné dans des directions perpendiculaires entre elles selon un programme

bien déterminé.

L'invention sera maintenant décrite plus en détail en se référant à une forme de réalisation semblant devoir être

préférée, donnée à simple titre d'exemple nullement limi-

tatif, et illustrée dans les dessins annexés, qui font par-

tie de le description, et dans lesquels

Fig. l est un graphique illustrant la distribution

axiale du flux de radiation en fonction de la surface ré-

fléchissante de l'héliostat de l'invention;

Fig. 2 montre, de manière très schématique, la géomé-

trie conosphérique (combinaison d'un tronc de cône et d'une calotte sphérique) de l'héliostat selon l'invention; Fig. 3 est une vue en plan de l'héliostat de la Fig.2;

Fig. 4 montre, de manière très schématique et en élé-

vation latérale, le capteur solaire selon l'invention;

Fig. 5 montre le moteur actionnant le berceau qui sup-

porte l'héliostat; Fig. 6 montre le détail du moyen d'actionnement de l'héliostat asservi à celui du berceau; Fig. 7 est une vue en plan du moyen d'actionnement de l'héliostat illustré en Fig. 6; Fig. 8 est un graphique de l'angle de déclinaison du soleil intéressé par le mouvement de l'héliostat; et Fig. 9 est une vue en élévation frontale du berceau avec l'héliostat appliqué et avec les moyens d'actionnement

pour impartir audit berceau les mouvements combinés.

On va maintenant décrire de manière plus détaillée

toutes les parties formant le capteur solaire de l'inven-

tion. 4.

CONCENTRATEUR

Le choix de projet est parti d'une géométrie tronco-

nique, comme celle présentée par Mouchot à l'Exposition Universelle de Paris de 1878 et développée analytiquement par M.H. Cobble (voir: Solar Energy 7/75-1963 "Analysis

of a Conical Solar Concentrator").

Les dimensions d'encombrement et les limitations d'une telle géométrie par rapport à la non-uniformité du flux d'énergie sur l'élément capteur, ont poussé les inventeurs à rechercher ultérieurement les possibilités d'en combiner

les avantages avec ceux d'un collecteur focalisant sphéri-

que, tous les deux avec un angle d'ouverture circulaire de auquel correspondent le taux d'interception maximal et

donc la dispersion minimale.

Il en est résulté (voir Fig. 2) un réflecteur formé par la combinaison d'un tronc de cône ayant une ouverture de 90 et un rayon R, avec, à sa petite base, une calotte sphérique S ayant la même ouverture et un rayon R/V2

(hauteur R.E 2 et surface lt.R (\V - 1), angle d'ou-

V2-i verture correspondant à - -1= 0,103553391 stéradian), qui est concentrique au cercle de la grande base du tronc de cône et tangent à ce dernier. Ladite conosphère ayant

une hauteur R/V2 et une "caustique" R/2, avec superposi-

tion de l'effet sphérique le long d ' u n s e g m e n t

R. 2-, réduit l'encombrement axial du système par rap-

port à la solution conique simple.

RECEPTEUR

Mais, à parité de surface captante, on a obtenu le double avantage de doubler le taux de concentration et de

partager en deux les déperditions par rayonnement du ré-

cepteur P qui, dans le modèle étudié, est formé par un cylindre de rayon (r) et de hauteur (h = R/2), dont l'axe coincide avec celui de la conosphère. En outre, ce choix fait en sorte que le "Taux de Concentration":

WR2 R2 R

-2tR35 2R2 R Soleils, soit seulement une fonc-

tion du rapportentre les rayons du cercle d'exposition au tion du rapport-entre les rayons du cercle d'exposition au

soleil et du cylindre capteur de l'énergie radiante con-

centrée. Un autre bénéfice résulte d'une meilleure distribution axiale du flux de radiation le long de la caustique. En effet, la loi qui gouverne le flux d'énergie réfléchie en fonction du rayon de la surface spéculaire est linéaire et décroissante pour le réflecteur conique et tend vers zéro en correspondance du sommet, tandis que, pour la calotte sphérique ayant une ouverture circulaire de 45 ladite 1 o i est u n e épicyclolde selon l'expression R(l - -) dans laquelle l'angle d'ouverture:O a 4-

son maximum à 45 . A partir de la base du cylindre récep-

teur, c'est-à-dire en correspondance au cercle de tangence et pour une hauteur de -i-\-2 le flux épicycloldal va se superposer au flux linéaire et va changer selon la loi R. T (cos - 2 sin, Jlaquelle a deux maxima

de valeur égale aux extrêmes R et R/2, tandis que son mini-

mum correspond à R(1- \ /4), (voir Fig. 1).

En maintenant la susdite géométrie pour la partie

sphérique du réflecteur, mais en prolongeant le cône qua-

drique au-delà du rayon R, on a formé un ensemble modulaire reproductible d'un modèle unique, qui permet de réaliser

des concentrateurs de deux à sept mètres carrés. Les dimen-

sions maximales sont limitées par les facteurs suivants e - Poids et déformabilité de la structure - Trainée au vent - Précision de pointage (Equation du temps) - Economicité du système concentrateur/collimateur Taux d'interception ou fraction de radiation réfléchie

interceptée par la surface d'échange.

Compte tenu des susdits facteurs, on a vérifié expéri-

mentalement que le taux de concentration pratique optimal moyen est C = 20 Soleils pour la catacaustique (caustique par réflexion) conosphérique de l'invention, qui se trouve pourtant dans le domaine des concentrateurs solaires de 6.

moyenne température.

Le module de base a donc R = 100 cm, r = 5 cm, la fonction modulaire du taux de concentration moyen pour rayons plus grands que R(1 -V2/4) = 0, 64644661 R, R _ R R2 o R est Cmoyen =1- r(2R-1) 2R-1 Soleils; = ce qui permet de dimensionner le cylindre d'échange en

fonction du rayon R de la conosphère, dont les flux d'é-

nergie extrêmes et le flux spécifique moyen sont donnés

ci-après. En effet si on suppose que la concentration mo-

yenne ait la valeur optimale de C = 20 Soleils, on trouve R 0 = 2r = (2R1)10 cm et on ristiques suivants:

obtient les paramètres caracté-

Pour obtenir de suivre continuellement le Soleil de

façon à ce que l'axe du réflecteur AC coïncide avec le ver-

seur solaire, il est nécessaire de prévoir la possibilité de rotation autour de deux axes pour réaliser, de manière

s i m p 1 e etéconomique, les mouvements apparents du so-

leil. Les genres de montures utilisés en astromonie sont de A R 02C = Fmi. = F =F -=Fm nmax

A 2 R =2r Cmoy. 2= F m-i n, Fmax spéc.

m m cm R2 4 -2 R (2R-1) 4r R/r 2R - 1

1,50 0,7 12 20,2/5 10,3/4 20,- 1,3/4 53,3/4

2,- 0,8 il 19,4/5 11,3/4 " 1,1/3 58,3/4

2,50 0,9 " 20,1/4 13,- " 1,1/8 65,

3,- 1,- 10 20,- " 1,

4,- 1,15 " 20,1/8 " 23 0,885 56,1/2

4,50 1,20 " 20,1/4 " 24 0,857 54,

,- 1,275 " 21 25,1/2 0,823 51,

6,- 1,40 il 19,7 11,3/4 25,45 0,7 46,

7,- 1,50 " 20,45 " 27,27 3/4 43,

7.

trois, à savoir: la monture altazimutale, la monture méri-

dienne, la monture équatoriale.

Par simplicité de construction on a choisi la monture

équatoriale à berceau, qui a deux degrés de liberté ortho-

gonaux. L'un est l'axe polaire AP qui est parallèle à l'axe de rotation de la Terre et est donc pointé exactement vers le pôle nord céleste. L'autre est l'axe de déclinaison AD (Fig. 6). L'axe du concentrateur AC peut tourner autour de cet axe et tout l'ensemble tourne autour de l'axe polaire avec une vitesse angulaire égale et de sens contraire à

celui de la rotation de la Terre.

Ce système a l'avantage de présenter un plus petit nombre de mouvements; l'angle horaire peut simplement être

référé à une montre, tandis que l'inclinaison peut être ré-

glée même une fois par jour, étant donné qu'elle va changer

très lentement.

L'automatisme universel de monitorage AUM (Figs. 5 et 6) est un système électromécanique de grande simplicité

constructive qui combine de manière continue les deux mou-

vements, en employant le synchronisme de la fréquence du réseau électrique en courant alternatif, qui, en théorie, exige deux seules manoeuvres par an en correspondance des

solstices pour sélectionner l'augmentation ou la diminu-

tion de la déclinaison.

Le dispositif pendant la nuit va repositionner le

pointage pour l'aube à venir etpendant une des deux pha-

ses, il procède simultanément même à la variation journa-

lière, d'environ un quart de degré, de la déclinaison de

manière continue ou discontinue, à volonté.

Le dispositif AUM (Figs. 5 et 6) est formé par un micromoteur synchrone (1) (220 Volts, 50/60 cycles) ayant une puissance de l'ordre de la dizaine de watts, commandé

par des micro-interrupteurs de fin de course (non repré-

sentés) pour la réversibilité, et qui tourne à la vitesse de 250 à 300 tours par minute et qui, par l'intermédiaire

d'un micro-réducteur (rapport 1/15.000) réalise une rota-

tion d'un tour par heure avec un couple de 20-30 m.Newton-

mètre. Ce moteur est solidaire, par l'intermédiaire d'un 8.

joint à couronne dentée 2 en NYLON, d'un réducteur 3 (rap-

port 1/24) à vis sans fin à axes orthogonaux (à graissage continu), qui effectue donc un tour/jour, et dont l'arbre mené 4 est solidaire de l'axe polaire AP du berceau 10, coïncidant avec l'axe polaire et donc parallèle à l'axe de la Terre. Il s'agit donc d'un réducteur de puissance, dont le moment de torsion référé à l'arbre mené est de Nm, qui doit absorber les contraintes des coups de vent

sur la conosphère.

De cette façon on obtient le mouvement horaire du berceau à la vitesse de 15'/h, respectivement de l'Est à l'Ouest pendant le jour et de l'Ouest à l'Est pendant la

* nuit. Les éventuels déphasements ou interruptions de cou-

rant peuvent être compensés très aisément en tournant en avance ou en retard le joint à couronne dentée 2 en NYLON d'une dent pour chaque 2 minutes, c'est-à-dire de 120

étant donné que la couronne a 30 dents.

L'inclinaison de l'axe de déclinaison AD, qui peut changer, par effet saisonnier, de + 23 27'= 23,45 = 0,409279709 radian = + Eest obtenue par un dispositif de

commande de conception très simple, formé par une tige fi-

letée 5, parallèle à l'axe polaire, tournant dans un écrou 12

fileté solidaire d'une fourchette 13 pivotée en correspon-

dance du sommet 6 de la conosphère et solidarisée au ber-

ceau 10 par deux tiges rigides 14, 14'. Le déplacement axial de ladite tige filetée 5 est calculé de manière à faire accomplir une rotation NordSud, ou "vice versa", à la

conosphère d'un solstice à l'autre d'un angle égal au dou-

ble de l'angle compris entre le plan de l'écliptique par rapport au plan de l'équateur terrestre, c'est-à-dire 2.ú = 46,900 = 46054', selon la relation suivante:

m = 2.n.sinú = 2nO,39794863 = 80 %.n (Fig. 8).

En exprimant les mesures en mm, si le pas de vis est P = 1/p,le nombre de. tours/jour pour l'obtenir est donné par 80 % n.4 - 80 % n.4p/365,25 = 8, 75 % n.p = 8,75 % n/P

tours/jour qui sont obtenus par le système classique chaîne 7-

pignon 8, fixé au châssis 20 (Fig. 4), ayant un rapport 9.

convenable, et solidarisé à la tige filetée par l'intermé-

diaire d'un dispositif à roue libre dans les deux sens 9

(Fig. 7), commandé par un levier de sélection 11 qui per-

met de faire tourner la tige filetée 5 dans le sens (+) ou (-) selon que l'on veut augmenter ou réduire l'angle d'in- clinaison de déclinaison. Dans le premier cas on commence en correspondance du solstice d'hiver (22 Décembre) pour

tout l'hiver et le printemps, dans le second cas on com-

mence en correspondance du solstice d'été (21 Juin) pour

tout l'été et l'automne.

La commande est donc limitée à deux fois seulement

par année et pour éliminer cette commande on peut l'auto-

matiser moyennant un simple compte-tours.

La réalisation du dispositif de monitorage qui ne comprend pas le dispositif d'angulation de la déclinaison (5, 6, 7, 8, 9, 11, 13, 14) peut être aisément appliqué aux collecteurs solaires classiques, à une simple commande

manuelle à trois positions et permet d'augmenter le rende-

ment de 50 % avec un prix vraiment réduit, comme on verra

ensuite.

Le berceau 10 est pivoté parallèlement à l'axe polaire

AP dirigé vers le Nord et incliné par rapport au plan hori-

zontal d'un angle GO égal à la latitude du lieu. Le plan perpendiculaire à l'axe, plan de rotation, correspond au

plan équatorial, qui forme avec le plan horizontal, un an-

gle égal à la colatitude du lieu: ce =1T/2 - Go Si on donne les coordonnées équatoriales et l'angle horaire ou azimutal (référé au temps solaire vrai) de la trigonométrie sphérique, on a: sin.h = sin.u sin (D + cos.g cos. GO. cosH Il parcourt chaque jour un angle plat à la vitesse angulaire de 15'/h et telle est l'angulation maximale de captation pour le capteur dans les six mois de printemps et d'automne, c'est-à-dire entre les deux équinoxes (21 mars - 23 septembre) et a une durée de 12 heures. Dans les six mois de l'automne et de l'hiver, ladite angulation va diminuer à nouveau jusqu'à rejoindre les 12 heures dans 10.

l'équinoxe du printemps (21 mars) et rester constante.

La loi qui gouverne la durée de la journée est fonc-

tion de la latitude O o et de la déclinaison À, qui est,

à son tour, liée à la date du calendrier (nombre progres-

sif du jour = n): arc. cos. 8 = tg.. tg. o (angulation azimutale) arc. cos. 0 = tg. 23.27'. tg. o = 0,43377512. tg. 9o = 0

1 2 0

di =T T e = 0,13 6 =-heures =,Esin (360:284 + = 23,45o sin (360 284 + n) pour o 450 on a = E 23027B = 23,45 ; tg. = 1., 0 = arc.cos. 23,450 = arc. cos. 0,43377512 = 64,2926220 64 292622 = 8,5723496 h = 3h34mn20,46s tmin 7,5 ' tmax = 24h - tmin = 15,4276504 h = 15h 25mn 39,54s Au contraire, dans le cas du "dispositif horaire de monitorage" (c'est-à-dire en l'absence de l'oscillation

verticale de l'héliostat), il s'agissait d'un convertis-

seur solaire plan, l'angulation de déclinaison est celle

effective, mais naturellement, sauf à midi, la surface ef-

ficace va diminuer selon la loi de Lambert Seff = S.cos. 0, cos. max = = 23027' Smin 0,9174077.S ME {cosSd sin.,ú= 0, 9723145,S moy. Réalisation pratique

Dans le but de garantir la durée et la stabilité pen-

dant le temps, la conosphère est réalisée en verre-résine à armature orthogonale, renforcée par une jante d'acier 17 en correspondance de la circonférence barycentrique, à laquelle les tourillons 15 de l'angulation de déclinaison

sont soudés. On a ainsi réalisé une structure d'une remar-

quable rigidité, résistant aux agents atmosphériques (vent, 11. intempéries, changements de température, etc.) et dont le degré de dêformabilité est stable dans le temps si bien que le taux d'interception reste à peu près constant, étant

donné que la géométrie du système ne change pas.

La surface spéculaire de la conosphère a été réalisée en expérimentant de nombreux produits qui se trouvent sur

le marché à partir de la simple feuille d'aluminium jus-

qu'aux films adhésifs aluminés sous vide avec ou sans pro-

tection en résine acrylique, du genre: Alkor, Scothcal

et analogues. Les meilleurs résultats ont été naturel-

lement obtenus, soit comme stabilité dimensionnelle, soit

dans le temps, soit comme résistance aux agents atmosphé-

riques, soit surtout comme pouvoir réfléchissant, à partir

des matériaux qui ont été développés pour usages spatiaux.

Dans ce cas, cependant, l'incidence du prix de revient est très élevée et il est opportun d'arriver à un compromis économique pour une application ménagère, étant donné que lesgainsde rendement sont seulement de l'ordre de quelques pourcents. Un bon matériel de revêtement pour convertisseurs

héliothermiques à concentration est formé par un film acry-

lique auto-adhésif métallisé, protégé par un film spécial

de polyester d'une application facile.

L'opération d'application, qui est extrêmement simple,

est effectuée en coupant le matériau en tranches, qui cor-

respondent à la surface latérale cono-quadrique correspon-

dant à la conosphère, pour minimiser les pertes de maté-

riau. La chaudière ou récepteur P est formée très simplement par uh tuyau d'acier soudé ayant un diamètre 0 = 100 mm, qui est supporté par les tuyaux d'alimentation et de retour passant par le sommet de la conosphère et qui est cintré par l'intermédiaire des tirants 16 disposés à 1200 entre eux et fixés à la jante d'acier de raidissement 17 par

l'intermédiaire de tendeurs.

Pour réaliser le corps noir on a employé un vernis de genre non-sélectif pour moyennes températures (jusqu'à

1500C) de haut rendement (taux d'absorption = 95 %).

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12. Le rendement est donné par: réflectance x absorbance x (radiation directe) 3.600 J/m2.h

= 85 % x 95 % x 3.600 x 555.J/m2.h = 22.J/m2. mn.

Compte tenu du taux d'interception et des déperditions pour rayonnement de la chaudière à la température d'exer- cise (120 C) on peut, avec toute tranquillité, considérer un flux d'énergie captée égal à:

0 = 2323 x 90 % = 2090 J/m2.h.

L'exposition utile au soleil, c'est-à-dire en défal-

quant une heure le matin et une heure le soir dans lesquel-

les l'absorption de l'atmosphère est trop intense et li-

mitée par l'angle plat de rotation horaire en été est:

SOLSTICE

D'HIVER: 6,1/2h vs 8,1/2h)Automne EQUINOXE:10,1 h " 12,0 h)& Hiver: 8, 1/4h) ANNEE: SOLSTICE)Printemps)9,4/5h vs 12h D'ETE:12,1/4h " 15,1/2h)& Eté:11,1/3h)

C e sont les valeurs moyennes pratiques pour lati-

tudes près de 45 qui donnent une exposition au soleil égale

à 80 % de la valeur théorique. Les heures moyennes corres-

pondantes d'exposition effective au soleil, relevées à la latitude de 45 , par les stations météorologiques dans les

dernières 15 années sont 2.000 h/année. Donc l'énergie mo-

yenne captée dans une année est égale à: 2.000 x 80 % x 2.090 = 3.348 kJ/m2 Cela équivaut à échauffer 20 m3 d'eau par année à 55 C par m2, ou bien 55 litres/m2/jour, dont il est très facile

d'obtenir le besoin ménager de surface captante.

Au contraire, la condition de sûreté que l'eau dans le système n'atteint jamais la température d'ébullition

permet d'établir la capacité maximale absolue de l'ensem-

* ble chaudière chauffe-eau, dans l'hypothèse la plus favo-

rable d'exposition maximale continue au soleil pour toutes les 12 heures d'exposition possible du concentrateur avec dispersion nulle, c'est-àdire avec une isolation parfaite: Vmin.= h. 0/(T-t) = 12 x 500/(95-15) = 6000/80 = 75 litres /m Dans ce cas même avec une consommation journalière 13. nulle le système est en équilibre thermique avant d'entrer

en ébullition.

La chaudière sera connectée par l'intermédiaire d'un

thermostat différentiel à l'échangeur de chaleur, (chauffe-

eau) qui met en fonctionnement une électro-pompe (circula- teur) si la température dans la chaudière est plus élevée

que 400C.

Le berceau 10 de la monture équatoriale est réalisé

en profilés à section carrée, en acier pour avoir le maxi-

mum de rigidité, et il présente une forme octogonale.

De manière similaire, on a formé le châssis 20, supportant le berceau 10, dont les montants verticaux 21 et 22 ont les paliers 23 et 24 fixés à une distance: h = d. tg x, o d est l'entre-axe des montants verticaux et A est la

latitude du lieu.

La description qui précède permet de relever les grands

avantages que procure le convertisseur héliothermique pour usages ménagers selon la présente invention par rapport aux

capteurs solaires actuellement dans le commerce. La simpli-

cité de la réalisation pratique qui emploie, pour actionner le système, un moteur synchrone réversible, qui combine

les deux mouvements de l'héliostat en employant le synchro-

nisme de la fréquence électrique en courant alternatif,

exige, en théorie seulement, deux manoeuvres par an en cor-

respondance des solstices pour sélectionner l'augmentation

et la diminution de la déclinaison.

Il va de soi que, bien qu'on ait illustré et décrit l'invention en relation à une forme de réalisation préférée, on peut apporter à l'invention toutes les modifications et tous les changements à la portée d'un homme de l'art et qu'on peut prévoir tous les équivalents sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, les matériaux employés pourront être de différentes natures selon les nécessités

du moment sans rien modifier.

14.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1. Capteur solaire pour usages ménagers et indus-

triels, caractérisé en ce qu'il comprend: un héliostat (CS) ayant une géométrie particulière-conosphérique, (c'est-à-dire combinant un tronc de cône et, à sa petite base, u n e calotte sphérique), un berceau (10) supportant l'héliostat,

disposé sur un chàssis fixe (20), avec possibilité de tour-

ner autour d'un axe (AP) parallèle à l'axe polaire de la

Terre, ledit héliostat étant pivoté au berceau avec pos-

sibilité de tourner autour d'un axe (AD) perpendiculaire

à l'axe de rotation du berceau, des moyens (1-4) d'action-

nement du berceau et des moyens (5, 7, 8, 12, 13) d'action-

nement de l'héliostat asservis aux moyens d'actionnement du berceau de manière à pouvoir impartir à l'héliostat un mouvement combiné dans des directions perpendiculaires

entre elles selon un programme bien déterminé.

2. Capteur solaire selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que l'héliostat est formé par la combinaison d'un tronc de cône ayant une ouverture de 900 et un rayon R à la grande base avec une calotte sphérique ayant la même ouverture et un rayon R \, qui est concentrique au cercle de la plus petite base du tronc de cône et tangente à ce dernier, si bien que ladite conosphère de hauteur R \ et de caustique R/2, en se superposant à l'effet sphérique pour un segment R., réduit l'encombrement

axial de l'héliostat.

3. Capteur solaire selon l'une des revendications 1

et 2, caractérisé en ce que le récepteur est formé par un cylindre (P) ayant un rayon r et une hauteur h = R/2 et

forme la chaudière pour le capteur solaire.

4. Capteur solaire selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le berceau présente une forme assimilable à celle d'un octogone avec deux côtés opposés plus longs et est pivoté au chAssis fixe dans une position inclinée, par l'intermédiaire de paliers à sphères (15), ou analogues, si bien que son axe longitudinal soit parallèle à l'axe

polaire de la Terre de façon telle que son angle d'incli-

15. naison par rapport au plan horizontal est fonction de la

latitude du lieu d'installation.

5. Capteur solaire selon l'une des revendications 1

et 2, caractérisé en ce que l'héliostat est pourvu d'une jante métallique de support (17), disposée autour de son barycentre et présentant deux axes de pivotement dans des paliers disposés au centre des deux côtés plus longs du berceau, ledit récepteur cylindrique, ou chaudière, étant fixé de manière coaxiale à l'axe de la conosphère par des

tirants radiaux réglables.

6. Capteur solaire selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les moyens d'actionnement du berceau sont formés par un moteur synchrone réversible, pourvu d'un

réducteur pour faire accomplir, moyennant un rapport con-

venable de réduction de sa vitesse, une rotation du ber-

ceau par jour, ladite rotation étant partagée, au moyen

d'éléments de fin de course, en deux mouvements d'oscil-

lation de 1800 par jour et de sens opposés, l.edit mouve-

ment du moto-réducteur étant synchronisé pendant le temps au moyen de la fréquence du réseau et donc n'exigeant

aucun mouvement d'horlogerie pour son actionnement.

7. Capteur solaire selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que lesdits moyens d'actionnement de l'héliostat sont formés par une tige filetée (5) tournant dans un écrou fileté (12) pivoté au sommet de la conosphère, ladite tige filetée ayant à son extrémité libre un pignon (8) engrenant dans une chaîne ou crémaillère (7), solidaire du chàssis fixe du capteur, si bien que le mouvement de rotation de

l'héliostat autour de son axe polaire va entraîner un pivo-

tement autour de l'axe perpendiculaire audit axe polaire, ledit écrou ayant un pas des filets de manière à impartir à la conosphère un mouvement d'oscillation saisonnier égal

au double de l'angle de déclinaison solaire.

8. Capteur solaire selon la revendication 7, caracté-

risé en ce qu'il comporte des moyens à roue libre (9) dans les deux sens, commandés par un levier de sélection (11)

permettant de faire tourner la tige filetée dans des direc-

tions opposées selon que l'on veut augmenter ou diminuer 16.

l'angulation de déclinaison.

9. Capteur solaire selon l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que l'héliostat

est fait en un matériau de verre-résine, pourvu d'un revê-

tement formé d'un film acrylique auto-adhésif métallisé, ayant un pouvoir réfléchissant moyen égal à 85 % tandis que le récepteur, ou chaudière, est revêtu d'un vernis non

sélectif ayant un taux d'absorption d'environ 95 %.