FR2535071A1 - Solar sensor having a controlled variable transparency. - Google Patents

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Abstract

Device permitting a fraction of the light energy received on its surface to be absorbed, the other fraction of the light traversing the device, and the absorbed energy to be transported. The whole device constitutes a thermal solar sensor having variable transparency. The absorber is formed from a semi-transparent electrical capacitor, composed of thin metal layers between which there is a dielectric in the mesomorphic state. A variable electrical voltage applied between the electrodes of the capacitor enables the transparency of the absorber to be varied. A heat-transfer fluid conveys the heat absorbed by the absorber. The invention can be used for greenhouses, windows and openings of any building and for all openings permitting the passage of light into closed volumes.

Description

Divers types de capteurs solaires à transparence variable ont été expérimentés et brevetés plus ou moins récemment.Signalons en particulier : capteurs contenant un liquide à concentrations variables de produits absorbants le rayonnement solaire; capteurs basés sur la propriété de réflexion de la lumière sur des catadioptres recouverts ou non d'un liquide; capteurs comportant des lamelles inclinables mécaniquement; capteurs contenant un liquide dans lequel se trouvent des bulles gazeuses. Various types of variable transparency solar collectors have been tested and patented more or less recently. Signals in particular: collectors containing a liquid with variable concentrations of products absorbing solar radiation; sensors based on the property of reflection of light on retro-reflectors whether or not covered with a liquid; sensors with mechanically tilting slats; sensors containing a liquid in which gas bubbles are found.

Le type de capteurs à transparence variable faisant l'objet du présent brevet est basé sur une propriété physique très différente de celles utilisées pour les capteurs précédemment cités.Cette propriété physique permet une modulation de la lumière traversant le capteur de façon particulièrement simple et contrôlable. Le principal inconvénients des capteurs cités précédemment est en effet la complexité des organes annexes permettant une modulation des propriétés absorbantes du capteur. The type of variable transparency sensors covered by this patent is based on a physical property very different from those used for the above-mentioned sensors. This physical property allows modulation of the light passing through the sensor in a particularly simple and controllable manner. The main drawbacks of the sensors mentioned above is in fact the complexity of the adjoining members allowing modulation of the absorbent properties of the sensor.

Le présent brevet porte sur un capteur à transparence variable contrôlée, utilisant les effets d'un champ électrique appliqué à des substances nématiques, cholestériques ou à des mélanges nématiques-cholestériques. The present patent relates to a sensor with controlled variable transparency, using the effects of an electric field applied to nematic, cholesteric substances or to nematic-cholesteric mixtures.

Le principe du dispositif permettant une transparence variable est le suivant : un condensateur plan (ayant la surface du capteur),semi-transparent, comporte un diélectrique à l'état mésomorphe formé par un film de substance nématique, cholestérique ou un mélange nématique-cholestérique.Les électrodes du condensateur sont formées de deux plaques de verres (ou d'une substance quelconque transparente, un plastique par exemple) dont une face de chaque plaque a été recouverte d'une très mince couche métallique.Ces couches sont placées en regard l'une de l'autre, les plaques support étant parallèles entre elles (ou formant éventuellement entre elles un angle très faible), de façon à former un condensateur électrique semi-transparent.Le film diélectrique à l'état mésomorphe est situé entre les deux couches métalliques. The principle of the device allowing variable transparency is as follows: a planar capacitor (having the sensor surface), semi-transparent, comprises a dielectric in the mesomorphic state formed by a film of nematic, cholesteric substance or a nematic-cholesteric mixture .The electrodes of the capacitor are made up of two glass plates (or of any transparent substance, a plastic for example), one face of each plate has been covered with a very thin metallic layer. These layers are placed opposite one from the other, the support plates being parallel to each other (or possibly forming between them a very small angle), so as to form a semi-transparent electric capacitor. The dielectric film in the mesomorphic state is located between the two metallic layers.

Lorsqu'on applique une tension électrique entre les deux électrodes du condensateur ainsi formé, le diélectrique mésomorphe est rendu plus ou moins diffusant selon la valeur de la tension appliquée.Par suite, la transparence du condensateur est rendue variable en fonction de la tension entre les électrodes du condensateur.En l'absence de tension électrique, la transparence est maximale. When an electrical voltage is applied between the two electrodes of the capacitor thus formed, the mesomorphic dielectric is made more or less diffusing according to the value of the applied voltage. Consequently, the transparency of the capacitor is made variable according to the voltage between the capacitor electrodes. In the absence of electrical voltage, transparency is maximum.

Les courbes donnant le rapport entre l'intensité lumineuse diffusée en présence d'un champ électrique et l'intensité lumineuse diffusée en l'absence de champ, en fonction de la tension appliquée, ont été établies pour divers produits à l'état mésomorphe.Les phénomènes caractéristiques de cet effet ont également déjà été décrits dans diverses publications : existence d'un seuil de tension; constantes de temps très faibles; effet de mémoire pour les mélanges nématique-cholestériques. The curves giving the ratio between the light intensity scattered in the presence of an electric field and the light intensity scattered in the absence of field, as a function of the applied voltage, have been established for various products in the mesomorphic state. The characteristic phenomena of this effect have also already been described in various publications: existence of a voltage threshold; very low time constants; memory effect for nematic-cholesteric mixtures.

Le présent brevet porte sur l'utilisation des propriétés décrites précédemment pour la fabrication d'un capteur à air, à eau ou comportant tout autre fluide.L'absorbeur du capteur solaire est formé par un condensateur à diélectrique à l'état mésomorphe à transparence variable que l'on a décrit précédemment. This patent relates to the use of the properties described above for the manufacture of an air, water or other fluid collector. The absorber of the solar collector is formed by a dielectric capacitor in the mesomorphic state with transparency variable that we described previously.

Une plaque transparente (en verre ou autre substance transparente) est placée à quelques centimètres de cet absorbeur et parallèlement à celui-ci.Le rayonnement solaire passe à travers le vitrage transparent et est partiellement absorbé par l'absorbeur dont la transparence a été réglée en fixant une certaine consigne à la tension électrique existant entre les électrodes du condensateur formant l'absorbeur.Cette-tension électrique est fournie par un système annexe programmable ou pouvant varier manuellement. Un fluide caloporteur (gaz ou liquide) circule entre l'absorbeur et la vitre transparente.Les calories données par l'absorbeur sont ainsi véhiculées grâce à un ensemble de systèmes annexes.On obtient ainsi un capteur solaire thermique dont l'absorbeur laisse passer un flux lumineux variable selon la tension de consigne appliquée entre les électrodes de l'absorbeur.A transparent plate (glass or other transparent substance) is placed a few centimeters from this absorber and parallel to it.The solar radiation passes through the transparent glazing and is partially absorbed by the absorber whose transparency has been adjusted in setting a certain setpoint for the electrical voltage existing between the electrodes of the capacitor forming the absorber. This electrical voltage is supplied by a programmable auxiliary system or which can vary manually. A heat transfer fluid (gas or liquid) circulates between the absorber and the transparent pane. The calories given by the absorber are thus transported thanks to a set of ancillary systems. We thus obtain a solar thermal collector whose absorber allows a variable luminous flux according to the set voltage applied between the electrodes of the absorber.

Dans une autre version de la présente invention, l'absorbeur (formé par le condensateur à diélectrique mésomorphe) est placé entre deux plaques transparentes (verre ou plastique) et le fluide caloporteur circule entre l'absorbeur et la vitre arrière (par rapport à la direction d'arrivée de la lumière). Ainsi, la vitre avant joue le rôle traditionnel d'isolation par rapport au milieu extérieur. In another version of the present invention, the absorber (formed by the mesomorphic dielectric capacitor) is placed between two transparent plates (glass or plastic) and the heat transfer fluid circulates between the absorber and the rear window (with respect to the direction of light arrival). Thus, the front window plays the traditional role of insulation from the outside environment.

Dans une autre version, deux vitres peuvent être placées devant l'absorbeur (par rapport à l'arrivée de la lumière) et le fluide caloporteur circule entre l'absorbeur et le premier vitrage situé parallèlement à ce dernier.Le second vitrage joue également un rôle d'isolant vis-à-vis des pertes thermiques par rayonnement et convection. In another version, two panes can be placed in front of the absorber (relative to the arrival of light) and the heat transfer fluid circulates between the absorber and the first glazing located parallel to the latter. The second glazing also plays a role role of insulator against thermal losses by radiation and convection.

De nombreuses autres modalités de circulation du fluide caloporteur peuvent être envisagées mais ne changent en rien le principe du capteur.Par exemple, I'absorbeur peut comporter un système de tubes transparents, soudés sur l'absorbeur ou formés par un procédé quelconque sur une ou sur les deux faces de l'absorbeur. Le fluide caloporteur circule alors dans ces tubes ainsi que cela se pratique habituellement pour de nombreux capteurs traditionnels. Many other modes of circulation of the heat transfer fluid can be envisaged but do not in any way change the principle of the sensor. For example, the absorber can comprise a system of transparent tubes, welded on the absorber or formed by any process on one or on both sides of the absorber. The heat transfer fluid then circulates in these tubes as is usually done for many traditional sensors.

Diverses modalités de conception de l'absorbeur peuvent être mises en oeuvre sans pour autant constituer une modification fondamentale de l'invention.Ainsi les couches métalliques semi-transparentes servant d'électrodes peuvent être formées d'une couche continue ou comportant des espaces non métallisés. Par exemple, ces électrodes peuvent être formées de bandes métalliques en couche, séparées entre elles par des bandes non recouvertes de métal, I'ensemble des bandes formant une électrode étant reliées entre elles électriquement par un dépôt métallique.Tout autre forme de dépôt des couches métalliques formant les électrodes, sous forme régulière ou non, constitue un des aspects annexes de l'invention. Various methods of designing the absorber can be implemented without constituting a fundamental modification of the invention. Thus the semi-transparent metallic layers serving as electrodes can be formed of a continuous layer or comprising non-metallized spaces. . For example, these electrodes can be formed from layered metal strips, separated from one another by strips not covered with metal, all of the strips forming an electrode being electrically connected together by a metallic deposit. Any other form of depositing the layers metal forming the electrodes, in regular form or not, constitutes one of the annexed aspects of the invention.

Divers mélanges, judicieusement choisis, de substances nématiques ou cholestériques peuvent être utilisés comme diélectrique en vue d'obtenir une absorption sélective de certaines longueurs d'onde de la lumière. Various judiciously chosen mixtures of nematic or cholesteric substances can be used as a dielectric in order to obtain selective absorption of certain wavelengths of light.

Dans une autre version de l'invention, une ou plusieurs des plaques transparentes intervenant dans la fabrication d'un capteur décrit précédemment (ces plaques pouvant constituer soit l'absorbeur, soit les autres vitrages, soit les deux simultanément), peuvent comporter des substances incorporées dans le matériau transparent et donnant une variation de la densité optique de ce matériau lui-même en fonction de l'intensité lumineuse, ainsi que cela se pratique pour les verres de lunettes à opacité variable en fonction de la luminosité à laquelle ils sont soumis.Ce matériau sensible à la lumière constituerait de préférence l'absorbeur et peut être combiné, simultainément ou non, avec la technique précé dey ment décrite et utilisant une modulation lumineuse par variation de tension électrique.L'emploi du seul matériau sensible à la lumière, en qualité d'absorbeur, est également une forme de l'invention tout en présentant l'inconvénient de ne pas constituer un système à densité optique modulable à volonté
Les modalités de mise en oeuvre de ces capteurs à transparence variable constituent également une partie de la présente invention.Ainsi, les serres peuvent être réalisées de diverses manières en utilisant le système à transparence variable faisant l'objet du présent brevet.Les serres étant elles-mêmes des capteurs solaires particuliers, une modalité de la présente invention consiste à fabriquer une serre à l'aide d'une couverture à transparence variable formée par le seul absorbeur (condensateur avec diélectrique à l'étatrP;esomorphe, avec ou sans matériau sensible directement à la lumière);I'ensemble du bâtiment ainsi réalisé constitue alors le capteur proprement dit Dans une autre version, la couverture de la serre est réalisée par l'un des types de capteurs décrit précé dey ment et comportant un fluide caloporteur, gaz ou liquide.Ces modalités concernent autant les serres horticoles et maraîchères que les serres d'agrément, accolées ou non à un bâtiment quelconque.In another version of the invention, one or more of the transparent plates involved in the manufacture of a sensor described above (these plates which may constitute either the absorber, or the other glazings, or both simultaneously), may contain substances incorporated into the transparent material and giving a variation in the optical density of this material itself as a function of the light intensity, as is the practice for spectacle lenses with variable opacity depending on the brightness to which they are subjected .This light-sensitive material would preferably constitute the absorber and may be combined, simultaneously or not, with the technique previously described and using light modulation by variation of electrical voltage. The use of the only light-sensitive material , as an absorber, is also a form of the invention while having the disadvantage of not constituting a modu optical density system. lable at will
The methods of implementing these variable transparency sensors also form part of the present invention. Thus, greenhouses can be produced in various ways using the variable transparency system which is the subject of this patent. -same of particular solar collectors, a modality of the present invention consists in manufacturing a greenhouse using a variable transparency cover formed by the single absorber (capacitor with dielectric in the rP state; esomorphic, with or without sensitive material directly in the light); the entire building thus produced then constitutes the sensor itself In another version, the greenhouse cover is produced by one of the types of sensors described above and comprising a heat transfer fluid, gas These liquid terms apply to horticultural and vegetable greenhouses as well as pleasure greenhouses, whether attached to a building or not.

Dans une autre modalité de mise en oeuvre, le capteur proprement dit peut être formé par une baie vitrée, ou une ouverture quelconque transparente, d'un bâtimentde quelque nature qu'il soit.On sait en effet que toute ouverture transparente dans un bâtiment peut être considérée comme un capteur solaire. In another implementation mode, the sensor itself can be formed by a bay window, or any transparent opening, of a building of whatever nature. We know that any transparent opening in a building can be considered a solar collector.

Cette baie, mobile ou non, peut comporter un cadre maintenant en place soit un simple absorbeur (formé par un condensateur à diélectrique mésomorphe, comportant ou non un matériau directement sensible à la lumière) en guise de vitrage, soit un type de capteurs précédemment décrit et utilisant un fluide caloporteur formé d'un gaz ou d'un liquide. This bay, mobile or not, may include a frame holding in place either a simple absorber (formed by a mesomorphic dielectric capacitor, comprising or not a material directly sensitive to light) as glazing, or a type of sensors previously described and using a heat transfer fluid formed of a gas or a liquid.

Claims (10)

REVENDICATIONS un film d'une substance à l'état mésomorphe et dont les électrodes sont soumises à une tension électrique que l'on peut faire varier à volonté. a film of a substance in a mesomorphic state and whose electrodes are subjected to an electric voltage which can be varied at will. formé par un condensateur électrique semi-transparent dont le diélectrique est formed by a semi-transparent electric capacitor whose dielectric is l'énergie absorbée, caractérisé par le fait qu'il comporte un système absorbeur absorbed energy, characterized in that it includes an absorbing system I-Dispositif permettant d'absorber une fraction de l'énergie lumineuse reçue sur sa surface,l'autre fraction de la lumière traversant le dispositif, et de véhiculer I-Device making it possible to absorb a fraction of the light energy received on its surface, the other fraction of the light passing through the device, and to convey 2-Dispositf selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'absorbeur est 2-Device according to claim 1, characterized in that the absorber is un condensateur formé par de minces couches métalliques, déposées sur des plaques a capacitor formed by thin metallic layers, deposited on plates transparentes et pouvant présenter une géométrie quelconque. transparent and may have any geometry. 3-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le diélectrique est un film placé entre les électrodes et constitué de substances nématiques, 3-Device according to claim 1, characterized in that the dielectric is a film placed between the electrodes and consisting of nematic substances, cholestériques ou de mélanges nématiques-cholestériques. cholesteric or nematic-cholesteric mixtures. 4-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'absorbeur est 4-Device according to claim 1, characterized in that the absorber is assemblé avec une ou plusieurs plaques transparentes afin de former un capteur assembled with one or more transparent plates to form a sensor solaire thermique comportant un fluide caloporteur, gazeux ou liquide. thermal solar comprising a heat transfer fluid, gaseous or liquid. 5-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fluide caloporteur 5-Device according to claim 4, characterized in that the heat transfer fluid circule entre l'une des faces de l'absorbeur et l'une des plaques transparentes flows between one of the absorber faces and one of the transparent plates situées parallèlement à l'absorbeur. located parallel to the absorber. 6-Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les plaques transpa 6-Device according to claim 4, characterized in that the transparent plates rentes constituant le capteur, y compris les plaques de l'absorbeur, peuvent être annuities making up the sensor, including the absorber plates, can be formées d'un matériau dont la densité optique varie en fonction de l'intensité formed from a material whose optical density varies according to the intensity lumineuse reçue par ces plaques. light received by these plates. 7-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur solaire 7-Device according to claim 1, characterized in that the solar collector forme la couverture d'une serre, I'absorbeur pouvant éventuellement être utilisé forms the cover of a greenhouse, the absorber can possibly be used seul comme couverture transparente de la serre. alone as a transparent cover for the greenhouse. 8-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur est 8-Device according to claim 1, characterized in that the sensor is intégré dans un chassis de matériau quelconque, constituant une fenêtre, une integrated into a frame of any material, constituting a window, a baie transparente ou une ouverture quelconque permettant l'entrée de la lumière, transparent opening or any opening allowing the entry of light, d'un bâtiment quelconque.Le chassis peut être mobile ou non. L'absorbeur supporté of any building. The chassis can be mobile or not. The supported absorber par le chassis peut être utilisé seul. by the chassis can be used alone. 9-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le capteur est 9-Device according to claim 1, characterized in that the sensor is intégré dans un chassis de matériau quelconque et constitue une ouverture laissant integrated in a chassis of any material and constitutes an opening leaving passer la lumière dans un volume plus ou moins fermé, d'une utilisation quelconque. to pass the light in a more or less closed volume, of any use. L'absorbeur supporté par le chassis peut éventuellement être utilisé seul. The absorber supported by the chassis can optionally be used alone. 10-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le diélectrique peut être formé d'un mélange de substances nématiques ou cholestériques permettant d'obtenir une absorption sélective vis-à-vis de certaines longueurs d'onde de la lumière. 10-Device according to claim 3, characterized in that the dielectric can be formed of a mixture of nematic or cholesteric substances allowing to obtain a selective absorption vis-à-vis certain wavelengths of light.
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