FR2544086A1

FR2544086A1 - Catoptric system concentrating solar rays with rear, non-localised, focus

Info

Publication number: FR2544086A1
Application number: FR8306070A
Authority: FR
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-04-11
Filing date: 1983-04-11
Publication date: 1984-10-12

Abstract

The invention relates to the catoptric system enabling solar rays to be concentrated towards the rear, by virtue of a single reflection. It consists of reflecting mirrors 1, 2, 3 and an absorbing means (oven) B, and uses the solar rays a, b, c, d which it reflects along the directions a1, b1, b2, c2, c1. The absorbing means is characterised in that it uses a finned system having intersecting tubing B which is surrounded by a metal sheet, insulated and protected by a shell; the assembly is equipped with an automatic system for following the sun, fixed to the steel centre F. The catoptric system according to the invention is particularly intended for heating water or buildings, for cooling or for producing electricity.

Description

DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L1INUENIION
L'invention est relative au procédé de captage et concentr ation des rayons solaires à l'aide d'un système optique en l'occurence de miroirs réflecteurs disposés selon une géométrie propre et répartis symétriquement par rapport à un axe, lequel axe restera dirigé vers le soleil à l'aide de dispositifs d'orientation connus, le foyer du système se situant à l'arrière du catoptrique.A cet effet l'appareil destiné à concentrer par réflexion et utiliser énergie solaire est caractérisé essentiellement en ce que tous les miroirs rXflecteurs ont une allure rectiligne en coupe par n'importe quel plan passant par son axe et renvoie directement sans autre réflexion les rayons incidents vers le foyer.
Les miroirs réflecteurs sont disposés de telle sorte qu'il n'existe aucune ombre portée sur la partie catoptrique en période de fonctionnement et que toute la surface réceptrice est utilisée.Les miroirs réflecteurs sont disposés de telle manière que les rayons réfléchis puissent parvenir au foyer sans être interceptés par un autre miroir réflecteur ou etre renvoyés vers la sources
Dispositif connu à ce pour
Ils sont extrêmement variés - en effet nous avons 10/ des panneaux fixes ou mobiles constitués à l'aide de récipients plats de grande surface de quelques centimètres d'épaisseur. Ils contiennent un liquide, de l'eau en général, et sont destinés à produire l'effet de serre.Ces panneaux sont recouverts de vitres transparentes et accumulent des calories qui sont véhiculés par un système échangeur à thermo-syphon, oupompe et son véhiculés vers un réservoir calorifugé où est stocké le liquide chaud.
20/ Les capteurs solaires à miroirs existants sont à notre connaissance les suivants . Le générateur solaire de Mouchaut (la Nature 1876) . La marmite solaire de Meochaut -la Nature 1876)
La marmite solaire est celle qui se rapproche le plus de notre appareil, mais elle présente la caractéristique de renvoyer les rayons solaires vers l'axe du système et non vers le fond.
Le système du four solaire d'QDFILLO qui comporte des réflecteurs qui renvoient les rayons sur une surface concave qui elle même réfléchît en un rayon convergeant vers un four.
Le principe utilisé pour la centrale blectro-statique française
THEMIS à TARGASONNE qui présente la caractéristique d'avoir un certain nombre dtheliostats réfléchissants ver la source 9 la source étant matbria- lisée par une tour de récepteurs.
Le système des héliostats THEK qui ne sont ni plus ni moins que des miroirs paraboliques ayant eux aussi un four à l'avant du système.TECHNICAL AREA TO WHICH THE INUENIION RELATES
The invention relates to the method of capturing and concentrating the sun's rays using an optical system in the case of reflecting mirrors arranged according to their own geometry and distributed symmetrically with respect to an axis, which axis will remain directed towards the sun using known orientation devices, the focal point of the system being located at the rear of the catoptric lens. For this purpose the apparatus intended for focusing by reflection and using solar energy is essentially characterized in that all the mirrors rXflectors have a rectilinear appearance in section through any plane passing through its axis and directly return the incident rays to the focus without further reflection.
The reflecting mirrors are arranged so that there is no shadow cast on the catoptric part during operation and that the entire receiving surface is used. The reflecting mirrors are arranged so that the reflected rays can reach the focus without being intercepted by another reflecting mirror or being returned to the sources
Device known to this for
They are extremely varied - in fact we have 10 / fixed or mobile panels made up of large flat containers a few centimeters thick. They contain a liquid, water in general, and are intended to produce the greenhouse effect. These panels are covered with transparent panes and accumulate calories which are conveyed by a heat-siphon exchanger system, or pump and its conveyed to an insulated tank where the hot liquid is stored.
20 / The existing solar collectors with mirrors are to our knowledge the following. Mouchaut's solar generator (Nature 1876). Meochaut's solar pot - Nature 1876)
The solar pot is the one closest to our device, but it has the characteristic of returning the solar rays towards the axis of the system and not towards the bottom.
The QDFILLO solar oven system which includes reflectors which return the rays on a concave surface which itself reflects in a ray converging towards an oven.
The principle used for the French blectro-static power plant
THEMIS in TARGASONNE which has the characteristic of having a certain number of reflective theliostats towards the source 9 the source being matrized by a tower of receivers.
The THEK system of heliostats which are neither more nor less than parabolic mirrors also having an oven at the front of the system.

Les derniers renseignements sont extraits des brochures "électricité de FRANCE et énergie solaire" ref. 3546 "électricité de FRANCE = la premiè re centrale électro-solaire Française &commat; C N E THEMIS 2500 kw I 38 82 de mai 82.
Le dispositif de convergeance orientable destiné à capter et à utiliser l'energie solaire, procédé SMES VIGOUREUX DELECOURT, demande de brevet déposé le 07.01.75, autorisation de l'exploitation accordé par 1'I N P I publié en mars 1970. Ce procédé présente la caractéristique d'utiliser des réflecteurs et des contre-rXflecteurs pour arriver au même résultat que nous.- Ce principe présente l'inconvénient d'une assez grande complexité au niveau catoptrique.-
De plus tous les systèmes nommés précédemment font l'objet de plusieurs réflexions ou de réflexions de rayons à angles aigus.Ce qui implique une perte plus importante au niveau des miroirs. - CARACTERISTIQUES de 1'INVENTION
L'appareil est composé de :
Un système catoptrique qui utilise un ensemble de surfaces réfléchissantes, son plan supérieur étant recouvert d'une plaque transparente de protection,
des moyens récepteurs de l'énergie ainsi concentrée placée sur le dispositif à qui l'on peut donner le volume optimal sans risquer l'intercepter les rayons solaires de la surface captrice,
des moyens de poursuite de la course apparente du soleil.
Catoptrique
C'est lui qui a guidé nos recherches.
Nous voulions en effet, un système qui nous permette d'utiliser
les miroirs au mieux de leur rendement, c'est à dire de telle sorte que
les rayons incidents forment un angle qui soit le plus grand possible
avec la normale au miroir.En effet plus un rayon est rasant meilleure
est la réflexion et plus le rayon arrive de manière perpendiculaire au
miroir plus la perte engendrée par la réflexion est importante. De plus
nous avons recherché un système qui soit simple et nous permette d'obtenir
à l'arrière du catoptrique une surface de concentration homogène. De cette
manière nous pouvons donner au moyen capteur (ou four) la dimension nous
permettant d'obtenir un rendement optimum et ce sans nuire à la surface
de réception.The latest information is taken from the brochures "electricity from FRANCE and solar energy" ref. 3546 "electricity from FRANCE = the first French solar power plant &commat; CNE THEMIS 2500 kw I 38 82 from May 82.
The orientable converging device intended to collect and use solar energy, SMES VIGOUREUX DELECOURT process, patent application filed on 07.01.75, exploitation authorization granted by the INPI published in March 1970. This process has the characteristic to use reflectors and counter-rXflectors to arrive at the same result as us. - This principle has the disadvantage of a rather great complexity at the catoptric level.
In addition, all the systems named above are subject to several reflections or ray reflections at acute angles, which implies a greater loss at the level of the mirrors. - CHARACTERISTICS of the INVENTION
The device consists of:
A catoptric system which uses a set of reflective surfaces, its upper plane being covered with a transparent protective plate,
means for receiving the energy thus concentrated placed on the device to which the optimal volume can be given without risking intercepting the sun's rays from the sensing surface,
means for continuing the apparent course of the sun.
Catopter
It was he who guided our research.
We wanted indeed, a system which allows us to use
mirrors to the best of their performance, that is to say so that
the incident rays form an angle which is as large as possible
with the normal to the mirror. Indeed more a ray is grazing better
is the reflection and the more the radius arrives perpendicular to the
mirror the greater the loss caused by the reflection. Furthermore
we looked for a system that was simple and allowed us to get
behind the catoptric an homogeneous concentration surface. Of this
way we can give the sensor (or oven) the dimension we
enabling optimum performance without harming the surface
reception.

Le capteur est constitué d'une juxtaposition de miroirs réflecteurs
à surface tronçonique disposés autour des axes de révolution. Les miroirs
serontréalisés aux choix en tôle d'aluminium, en inox poli, en résine po
ibère traité ou en miroirs souples collés sur un support polyester.
Le dispositif représenté en coupe sur la Fig. nO 1 possède la
caractéristique de pouvoir être agrandi ou réduit de manière homothétique.-
On peut aussi de cette manière augmenter le nombre de miroirs
réflecteurs afin d'obtenir une concentration plus importante ou en supprimer
de la même manière si l'on a besoin d'une concentration moins importante
pour une consommation d'eau chaude sanitaire pour maison individuelle
par exemple.
I1 est évident que l'augmentation du nombre des miroirs réflec
teurs fera varier le rapport hauteur largeur ou hauteur diamètre.-
Sont répartis sur la figure a b c d e quelques uns des incidents. 1
2 ) miroirs réflecteurs coniques d'angle différent
3 )

The sensor consists of a juxtaposition of reflective mirrors
with sectional surface arranged around the axes of revolution. Mirrors
will be made in the choice of aluminum sheet, polished stainless steel, resin in.
Iberian treated or in flexible mirrors stuck on a polyester support.
The device shown in section in FIG. No. 1 has the
characteristic of being able to be enlarged or reduced in a homothetic manner.
You can also increase the number of mirrors in this way.
reflectors in order to obtain or remove a higher concentration
in the same way if you need a lower concentration
for domestic hot water consumption for individual houses
for example.
It is evident that the increase in the number of reflective mirrors
teurs will vary the ratio height width or height diameter.
Some of the incidents are shown in Figure abc. 1
2) conical reflecting mirrors of different angle
3)

<tb> al
<tb> b2 <SEP>
<tb>
Direction des rayons réfléchis sur miroir réflecteur nO 3 correspondant aux rayons incidents de la zone A3

<tb> al
<tb> b2 <SEP>
<tb>
Direction of the rays reflected on reflective mirror No. 3 corresponding to the incident rays of zone A3

<tb> bol <SEP> l <SEP>
<tb>
Direction des rayons réfléchis sur miroirs réflecteurs nO 2 et correspondants à la zone des rayons incidents comprise entre b et c cl Direction des rayons réfléchis sur miroirs réflecteurs nO 1 et corres
pondants à la zone des rayons compris entre c et d pas de réflexion
absorption directe
B Représente moyen capteur ou batterie four. -
Mode de réalisation
Exemple
Plusieurs possibilités se présentent à nous pour la construction
de l'appareil et du support des réflecteurs stratifiés et moulés en résine
de polyester et filtre de verre, enduit synthétique de surface coloré dans
la masse ; injection par pistolet à stratifier.
Miroir catoptrique aluminium poli, miroir découpé et collé, par colle
synthétique à base de résine.
Diamètre du récepteur 3,50 m
Diamètre à la base du miroir nO 3 2 m 50
Diamètre à la base du miroir nO 2 1 m 50
Diamèt re à l'entrée du four B O m 50
Hauteur dru catoptrique 3 m 00
Surface active 9,62 m2
Angle de révolution autour de l'axe 180
Vitesse angulaire de poursuite 150/H.<tb> bowl <SEP> l <SEP>
<tb>
Direction of the rays reflected on reflecting mirrors nO 2 and corresponding to the area of the incident rays between b and c cl Direction of the rays reflected on reflecting mirrors nO 1 and corres
depending on the area of the rays between c and d no reflection
direct absorption
B Represents medium sensor or oven battery. -
Mode of realization
Example
We have several possibilities for construction
of the device and the support of the laminated and molded resin reflectors
polyester and glass filter, synthetic coating with colored surface in
the mass ; injection by laminating gun.
Polished aluminum catoptric mirror, cut and glued mirror, by glue
resin-based synthetic.
Receiver diameter 3.50 m
Diameter at the base of the mirror nO 3 2 m 50
Diameter at the base of the mirror nO 2 1 m 50
Diameter at the inlet of the oven BO m 50
Height of catopter 3 m 00
Active area 9.62 m2
Angle of revolution around the axis 180
Angular tracking speed 150 / H.

Consommation prévue environ 4 à 10 watts
Capacité à la source 10,724 Kw/H.Expected consumption about 4 to 10 watts
Source capacity 10,724 Kw / H.

I1 est bien entendu que ce chiffre n'a aucune valeur réelle
mais représente une valeur moyenne.
La fabrication du système capteur représente la partie la plus
difficile pour la construction de cet appareil.
Il sera nécessaire de procéder à plusieurs opérations.
10/ Faire un moule en platre
Pour ce faire on emploie un système en bois ayant en gros la forme désirée.
A l'axe de ce système en bois sera fixé un gabarit de la forme exacte
désirée et qui pourra tourner librement . La partie bois sera recouverte
de platre et on donnera la forme désirée au pré-moule en faisant tourner
le gabarit autour du platre. Une fois le platre sec, il sera
nécessaire de l'enduire d'un produit évitant à la résine de coller au
moule.It is understood that this figure has no real value
but represents an average value.
The manufacturing of the sensor system represents the most
difficult for the construction of this device.
Several operations will be necessary.
10 / Make a plaster mold
To do this we use a wooden system having roughly the desired shape.
At the axis of this wooden system will be fixed a template of the exact shape
desired and which can rotate freely. The wood part will be covered
plaster and we will give the desired shape to the pre-mold by rotating
the template around the plaster. Once the plaster is dry, it will
necessary to coat it with a product preventing the resin from sticking to the
mold.

Ceci fait on fabriquera un support miroir, utilisant la même
technique que celle pour la fabrication des bateaux polyester.- Ce support
de miroirs ne sera pas utilisé en tant que tel mais servira à faire un
moule définitif plus solide en résine.
Le contre moule sera fabriqué en six parties qui présentent l'avantage de pouvoir être démoulés plus facilement alors qu'il est pratiquement impossible de démouler un bloc. Pour ce faire lorsque l'on coulera la résine et l'on déposera la fibre de verre, il sera prévu des entretoises découpées épousant la forme du moule sur toute la longueur. Les entretoises seront en acier et d'une épaisseur de 1 mm et seront dirigés la tranche vers l'axe du moule.This done we will make a mirror support, using the same
technical than that for the manufacture of polyester boats.
of mirrors will not be used as such but will be used to make a
more solid final mold in resin.
The counter mold will be manufactured in six parts which have the advantage of being able to be demolded more easily when it is practically impossible to demould a block. To do this when the resin is poured and the fiberglass is deposited, there will be cut-out spacers matching the shape of the mold over the entire length. The spacers will be steel and 1 mm thick and will be directed towards the axis of the mold.

On procèdera de la même manière pour tous les éléments en résine qui entrent dans la composition du capteur solaire.We will proceed in the same way for all the resin elements that go into the composition of the solar collector.

FABRICATION
Les miroirs ne seront pas fractionnés mais grâce à l'utilisation de la souplesse des matériaux utilisés seront découpés et collés sur le support en polyester.MANUFACTURING
The mirrors will not be split but thanks to the flexibility of the materials used will be cut and glued to the polyester support.

LISTE des MATERIAUX PREVUS POUR LA CONSTRUCTION du CAPTEUR SOLAIRE
Verre de protection 10 m2
Tube flexible sortie de chaudière 2
Une chaudière utilisant un système aileté, la tubulure étant croisée comme dessinée sur Fig.LIST OF MATERIALS PROVIDED FOR THE CONSTRUCTION OF THE SOLAR COLLECTOR
Protective glass 10 m2
Flexible boiler outlet tube 2
A boiler using a finned system, the tubing being crossed as drawn in FIG.

3 B ; mousse de polyuréthane, tissus de verre divers, pied en acier fer à U, calorifuge, contre-poids.
MODE de REALISATION
Entre le système catoptrique et le système d'orientation, le support des miroirs réflecteurs sera fait de telle sorte que au niveau desdits miroirs, 1 et 2, l'épaisseur de fibre de verre et de résine sera plus importante de telle manière que l'on puisse fixer la ceinture acier au niveau du miroir réflecteur 2 afin de limiter le poids de l'ensemble par uncontre-poids très important (Fig. 1) au cas où la ceinture acier serait trop près du four.Cette ceinture acier devra permettre l'introduction et le blocage d'un arbre qui sera asservi au système d'orientation. Afin de rendre l'ensemble plus solide, il est envisageable de remplacer ou additionner à l'arbre fixé sur la couronne, une tige rigide perpendiculaire à cet arbre et permettant d'avoir deux points d'ancrage diamétralement oppsés sur la couronne en acier (comme indiqué sur la figure 2) Le pied sera de dimensions conséquentes et positionné sous le centre de gravité de l'appareil.
Le moyen capteur, ou four B, sera comme dessiné sur la Fig. 3, entouré d'une enveloppe en acier C de 1 mm. Cette enveloppe en acier est elle même entourée d'une enveloppe d'isolant D.Cette dernière étant elle même maintenue par une coque en résine polyester A, E représentant le contre-poids en ciment. I1 est à remarquer en outre qu'il est possible d'ajouter une collerette autour du plan capteur. Cette collerette permettraiit le pose de cellules photo-volcasques qui combinées à un dispositif de batteries génératrices assurerait l'autonomie de l'unité captrice.
APPLICATION de ce SYSTEME
Ce capteur est susceptible de subvenir 10/ à des besoins en eau chaude sanitaire de collectivité ou immeubles 20/ au besoin en chauffage d'une petite villa, bureaux, en prévoyant
malgré tout une chaudière d'appoint 30/ au chauffage pour des piscines
De plus combiné à :: des systèmes à absorption l'appareil aura double emploi
- celui de produire de la chaleur en période hivernale
- celui de produire du froid en période estivale et ceci grâce au
système à absorption. . des systèmes de pompes solaires récemment mises au point qui pourront
permettre d'améliorer le rendement et la puissance de celles-ci, ce qui avec la collerette et les cellules photo-volcaiques donnera une unité autonome de pompage dont l'utilisation est toute trouvée dans les pays
Africains ne disposant pas de sources d'énergie ou pour des stations de pompageagricole éloignées des sources d'énergie . des systèmes de générateurs électriques.
Néanmoins, il faudrait utiliser le capteur ne correspondant pas tout à fait à la figure 1.
En effet, il est nécessaire d'avoir des concentrations très importantes pour réussir à fabriquer de l'electricité par système de turbine à vapeur par exemple. 3 B; polyurethane foam, various glass fabrics, U-shaped steel base, heat-insulating, counterweight.
EMBODIMENT
Between the catoptric system and the orientation system, the support for the reflecting mirrors will be made so that at the level of said mirrors, 1 and 2, the thickness of fiberglass and resin will be greater in such a way that the the steel belt can be attached to the reflective mirror 2 in order to limit the weight of the assembly by a very large counterweight (Fig. 1) in case the steel belt is too close to the oven. 'introduction and blocking of a tree which will be controlled by the orientation system. In order to make the whole more solid, it is possible to replace or add to the tree fixed on the crown, a rigid rod perpendicular to this tree and making it possible to have two diametrically opposite anchor points on the steel crown ( as shown in Figure 2) The foot will be of substantial dimensions and positioned under the center of gravity of the device.
The sensor means, or oven B, will be as drawn in FIG. 3, surrounded by a 1 mm steel envelope C. This steel casing is itself surrounded by an insulating casing D. The latter is itself maintained by a shell of polyester resin A, E representing the counterweight in cement. I1 should also be noted that it is possible to add a collar around the sensor plane. This collar will allow the installation of photo-volcano cells which combined with a device of generator batteries would ensure the autonomy of the sensor unit.
APPLICATION of this SYSTEM
This sensor is capable of providing 10 / for domestic hot water needs in communities or buildings 20 / if necessary for heating a small villa, offices, by providing
despite everything an auxiliary boiler 30 / with heating for swimming pools
Furthermore combined with :: absorption systems the device will have double use
- that of producing heat in winter
- that of producing cold in summer and this thanks to the
absorption system. . recently developed solar pump systems that can
allow to improve the output and the power of these, which with the collar and the photovoltaic cells will give an autonomous pumping unit whose use is all found in the countries
Africans without energy sources or for agricultural pumping stations far from energy sources. electrical generator systems.
However, the sensor that does not quite correspond to Figure 1 should be used.
Indeed, it is necessary to have very large concentrations to successfully manufacture electricity by steam turbine system for example.

Claims

I -, CATOPTRIC SYSTEM (Fg 1) characterized in that it allows sunlight to be reflected (abcd) towards the rear of the system (B) and in the direction (al b2, bl c2, cl) without using more than one reflection thanks to mirrors 1, 2 and 3

II - DEVICE according to claim 1 characterized in that the sensor means (Fig. 3) use a finned system with crossed tubing (B).