FR2841606A1 - Equipment for producing mechanical energy from solar energy, comprises tubular energy collector which supplies hot air under pressure to a closed circuit tube containing umbrella shaped pistons - Google Patents

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Abstract

The energy collector consists of a tube (2) with fins which is mounted as a spiral on a concave conical reflecting base (1) which has a protective cover (3). Hot air under pressure is fed through an accumulator (18) and valve (5) to a closed U tube partly filled with water (6). The tube contains umbrella type pistons (9) attached to a continuous chain which drives wheel (8) to give mechanical energy.

Description

GENERATEUR SOLAIRESOLAR GENERATOR

PARAPOMPE THERMIQUETHERMAL PARAPUMP

A RENDEMENT ELEVEHIGH YIELD

La présente invention concerne un générateur à énergie solaire à rendement élevé. Ce générateur permet de capter l'énergie solaire grâce à un système de concentration de chaleur qui dilate de l'air ou tout 10 autre gaz tout en lui imprimant une accélération générant un flux d'air ou de tout autre gaz à une température de 1000C à 120'C, à un débit et une pression déterminée. Ce dispositif alimente en air surpressé une pompe qui transforme ce flux d'air en énergie mécanique par Futilisation d'un flux d'air dans une colonne d'eau ou de tout autre  The present invention relates to a high efficiency solar energy generator. This generator collects solar energy thanks to a heat concentration system which expands air or any other gas while imparting an acceleration generating a flow of air or any other gas at a temperature of 1000C. at 120'C, at a determined flow and pressure. This device supplies supercharged air to a pump which transforms this air flow into mechanical energy by the use of an air flow in a water column or any other

liquide.liquid.

Ce type de dispositif offre l'avantage de transformer directement l'énergie solaire en énergie mécanique qui peut actionner 20 soit une machine agricole soit une pompe de relevage ou d'irrigation,  This type of device offers the advantage of directly transforming solar energy into mechanical energy which can operate either an agricultural machine or a lifting or irrigation pump,

soit d'actionner un groupe électrogène susceptible d'alimenter toute une série d'appareils électriques ou encore une maison, une installation autonome ou un process industriel, voire propulser un bateau.  either to activate a generator capable of powering a whole series of electrical devices or even a house, an autonomous installation or an industrial process, or even propel a boat.

Le but de cette invention est de capter de façon optimale l'énergie solaire disponible et de la transformer en énergie mécanique avec le rendement le plus élevé possible, cette énergie devant être exploitable le plus simplement possible. Les capteurs existants sont soit 30 des concentrateurs d'énergie solaire qui fournissent cette énergie sous forme d'eau chaude ou de vapeur sous pression qui nécessite une technologie coteuse et avec un faible rendement afin d'être exploitable directement dans des dispositifs tel que turbine à vapeur, pompe, etc...; soit des systèmes de fours solaires par concentration du 35 rayonnement solaire direct qui n'est exploitable que sous forme de four  The aim of this invention is to optimally capture the available solar energy and to transform it into mechanical energy with the highest possible yield, this energy having to be exploitable as simply as possible. The existing collectors are either 30 concentrators of solar energy which supply this energy in the form of hot water or steam under pressure which requires expensive technology and with a low efficiency in order to be usable directly in devices such as turbine steam, pump, etc ...; or solar oven systems by concentration of direct solar radiation which can only be used in the form of an oven

de cuisson.Cooking.

L'invention a donc pour objet de palier les inconvénients 40 mentionnés ci dessus en réalisant un générateur solaire à prix de revient  The invention therefore aims to overcome the drawbacks 40 mentioned above by producing a solar generator at cost price

réduit qui utilise des technologies simples donc peu chères et avec une efficience maximum.  reduced using simple technologies therefore inexpensive and with maximum efficiency.

La première partie du dispositif qu'est le capteur solaire consiste  The first part of the device that is the solar collector consists

en une enveloppe conique concave pouvant être éventuellement réalisée en ABS dont la surface interne est recouverte d'une surface réfléchissante tel qu'éventuellement un dépôt d'aluminium sous vide ou encore un chromage, la surface externe étant isolée calorifiquement.  in a concave conical envelope which may possibly be made of ABS, the internal surface of which is covered with a reflective surface such as optionally an aluminum deposit under vacuum or else chromium plating, the external surface being heat insulated.

Dans une première version cette enveloppe supporte un collecteur tubulaire en spirale formé d'un tube à ailettes dont le sens d'enroulement permet au flux d'air de bénéficier de la force de CORIOLIS; le dimensionnement de la section de ce tube évolue en fonction de la dilatation de l'air circulant à l'intérieur et de l'apport en énergie qui va en augmentant du début à la fin du collecteur. A ce changement de section corresponds une augmentation progressive de la surface de l'ailette soudée à la tubulure ainsi que de la section du tube lui-même. Ce collecteur sert à assurer une expansion constante de l'air tout en favorisant une accélération de ce flux d'air par 10 la diminution de la perte de charge dans la tubulure du collecteur, en  In a first version, this envelope supports a tubular spiral collector formed of a finned tube whose winding direction allows the air flow to benefit from the force of CORIOLIS; the dimensioning of the section of this tube changes as a function of the expansion of the air circulating inside and of the energy supply which increases from the start to the end of the collector. This change in section corresponds to a gradual increase in the area of the fin welded to the tubing as well as in the section of the tube itself. This manifold serves to ensure a constant expansion of the air while promoting an acceleration of this air flow by reducing the pressure drop in the manifold manifold, in

combinant un rayon de giration qui va en s'agrandissant avec une élévation de celui ci suivant la force convection et avec une variation de la section du tube qui permet de moduler perte de charge, débit et vitesse du flux.  combining a radius of gyration which goes on increasing with an elevation of this one according to the convection force and with a variation of the section of the tube which makes it possible to modulate pressure drop, flow rate and speed.

Le collecteur est fixé sur l'enveloppe du capteur solaire par l'intermédiaire de support de tubulure en matériau isolant tel que éventuellement le bois ou le PMMA. Cette tubulure est constituée d'un 20 matériau favorisant l'échange thermique avec l'air tel qu'éventuellement le cuivre. Sa surface est recouverte d'un matériau constituant une enveloppe absorbante sélective tel qu'éventuellement le chrome noir dont le pouvoir émissif est de 0,10 pour des longueur d'ondes infrarouges correspondant à la température de fonctionnement 25 du collecteur. La distance qui sépare la tubulure de l'enveloppe est déterminée de façon à pennettre la réflexion sur l'enveloppe des rayons qui passent entre les différents étages de tubulure et qui sont captés par la surface inférieure de la tubulure et de son ailette, cette disposition permettant d'optimiser le captage de l'énergie solaire à toute la surface  The collector is fixed to the envelope of the solar collector by means of tubing support made of insulating material such as possibly wood or PMMA. This tubing is made of a material promoting heat exchange with air such as possibly copper. Its surface is covered with a material constituting a selective absorbent envelope such as possibly black chromium, the emissivity of which is 0.10 for infrared wavelengths corresponding to the operating temperature of the collector. The distance which separates the tubing from the casing is determined so as to allow the reflection on the casing of the rays which pass between the different stages of tubing and which are picked up by the lower surface of the tubing and its fin, this arrangement optimizing the collection of solar energy on the entire surface

du cône de l'enveloppe réfléchissante disponible.  of the cone of the available reflective envelope.

Dans une seconde version l'enveloppe conique concave est aménagée en forme d'escalier en hélicode dont les degrés s'élèvent 35 d'une circonvolution sur l'autre avec une augmentation constante de la section plane de l'escalier ou éventuellement de la section verticale de celui-ci, dans ce cas l'enveloppe peut être éventuellement réalisée en polyester doublé d'une isolation calorifique. Sur cette enveloppe est disposée une seconde peau qui peut être éventuellement constituée 40 d'une tôle de cuivre emboutie ou de tout autre matériau ou d'association de matériaux favorisant le captage et l'échange thermique, dont la forme épouse l'enveloppe conique concave sur sa pente générale tout en ayant un décalage vertical dans les circonvolutions permettant d'aménager un couloir de circulation d'air 45 étanche qui va avoir une section de passage d'air régulièrement croissante. Une étanchéité est assurée à la jonction dans chaque angle des degrés entre la peau de tôle de cuivre et l'enveloppe inférieure par un collage qui'est suffisamment souple pour absorber les différences de dilatation thermique entre les deux matériaux et qui peut être 50 éventuellement une colle polyuréthanne. Ce collecteur sert à assurer une expansion constante de la dilatation de l'air tout en favorisant une accélération de ce flux d'air par.la diminution de la perte de charge dans le couloir de circulation du collecteur, en combinant un rayon de giration qui va en s'agrandissant avec une élévation de celui ci suivant s la force de convection et avec une variation de la section du couloir qui  In a second version, the concave conical envelope is arranged in the form of a helicode staircase, the degrees of which rise from one convolution to the other with a constant increase in the planar section of the staircase or possibly in the section vertical thereof, in this case the envelope may possibly be made of polyester lined with heat insulation. On this envelope is disposed a second skin which may possibly consist 40 of a stamped copper sheet or any other material or association of materials favoring the capture and the heat exchange, the shape of which conforms to the concave conical envelope on its general slope while having a vertical offset in the convolutions making it possible to arrange a sealed air circulation corridor 45 which will have a regularly increasing air passage section. A seal is ensured at the junction in each angle of the degrees between the copper sheet skin and the lower envelope by a bonding which is flexible enough to absorb the differences in thermal expansion between the two materials and which may be 50 polyurethane glue. This collector is used to ensure a constant expansion of the air expansion while promoting an acceleration of this air flow by reducing the pressure drop in the circulation corridor of the collector, by combining a radius of gyration which is going to get bigger with an elevation of this one following the convection force and with a variation of the section of the corridor which

permet de moduler perte de charge, débit et vitesse du flux.  modulates pressure drop, flow rate and flow speed.

L'ensemble de ce dispositif permet de générer un flux d'air à un 10 débit et une pression suffisant pour permettre de libérer ce flux dans le  The whole of this device makes it possible to generate a flow of air at a rate and pressure sufficient to allow this flow to be released into the

générateur de puissance mécanique qui est constitué d'une tuyauterie en U dans laquelle est présente une colonne d'eau ou de tout autre liquide.  mechanical power generator which consists of U-shaped piping in which is a column of water or any other liquid.

Dans cette tuyauterie étanche circule en circuit fermé une chaîne d'entraînement pouvant être éventuellement constituée par un câble en acier inoxydable sur lequel est disposé à intervalles fixes un ensemble de " parapluies " repliables.  In this sealed pipe, a drive chain can circulate in a closed circuit, possibly consisting of a stainless steel cable on which a set of collapsible "umbrellas" is placed at fixed intervals.

Ces " parapluies " sont constitués premièrement d'une pièce fixe qui sert à la fois de système de guidage dans la tuyauterie et de centre d'articulation primaire du système de rappel des baleines, d'un 25 ensemble de baleines permettant l'ouverture ainsi que la fermeture du parapluie et qui supporte une membrane qui peut être éventuellement du caoutchouc, ou l'air sera retenu dans la colonne d'eau afin d'exercer une poussée verticale de bas en haut égale au poids du volume d'eau déplacé. Un contre poids coulissant sur le câble, orientable et articulé, 30 assure à la fois l'ouverture et la fermeture du parapluie, comme centre secondaire d'articulation de l'ensemble des baleines. Il est à noter que cet ensemble mécanique peut être éventuellement remplacé par une pièce monobloc avec armature en acier et contre poids surmoulé en caoutchouc. Ces contrepoids assurent l'ouverture des parapluies dans la 35 phase ascendante du circuit, ainsi que la fermeture de ceux-ci dans la phase descendante du circuit, le dimensionnement des contrepoids étant déterminé en fonction de la capacité de stockage en volume d'air des membranes de chaque parapluie et donc de la poussée unitaire effective de chaque membrane afin d'assurer l'ouverture du parapluie en phase  These "umbrellas" consist firstly of a fixed part which serves both as a guide system in the piping and as a primary articulation center of the whale recall system, of a set of whales allowing the opening thus that the closure of the umbrella and which supports a membrane which may possibly be rubber, or the air will be retained in the water column in order to exert a vertical thrust from bottom to top equal to the weight of the volume of water displaced. A sliding counterweight on the cable, orientable and articulated, 30 ensures both the opening and closing of the umbrella, as a secondary center of articulation for all of the whales. It should be noted that this mechanical assembly can possibly be replaced by a monobloc piece with steel frame and counterweight molded in rubber. These counterweights ensure the opening of the umbrellas in the ascending phase of the circuit, as well as the closing of these in the descending phase of the circuit, the dimensioning of the counterweights being determined as a function of the air volume storage capacity of the membranes of each umbrella and therefore the effective unitary thrust of each membrane to ensure the opening of the umbrella in phase

ascendante et son maintien dans cette phase.  ascending and maintaining it in this phase.

Il est à noter que le fait de disposer d'un parapluie repliable à la descente, permet d'avoir une résistance à l'avancement minimum de la 45 chaîne d'entraînement du générateur dans l'eau et optimise ainsi le rendement du bilan énergétique du générateur. Un clapet antiretour équipe la liaison entre la tubulure d'air en sortie du capteur solaire alimentant le générateur de puissance et la partie basse -du générateur afin d'interdire les écoulements d'eau du générateur dans le capteur 50 solaire. Un accumulateur volumétrique placé en amont du clapet assure une régulation du flux d'air avant son éjection dans la colonne d'eau surtout en phase de démarrage du dispositif En partie supérieure de la tuyauterie en U3 est placée une tête de générateur constituée d'une enveloppe extérieure servant a la fois d'enveloppe d'étanchéité du dispositif et de système de guidage et de maintien de la roue d'entraînement du générateur. Cette roue d'entraînement possède un mécanisme de guidage, de centrage et de 10 maintien des pièces fixes des parapluies ainsi que des bras par lesquels  It should be noted that having a folding umbrella on the way down allows resistance to the minimum advance of the generator drive chain in the water and thus optimizes the energy balance yield. of the generator. A non-return valve equips the connection between the air tubing at the outlet of the solar collector supplying the power generator and the lower part of the generator in order to prohibit the flow of water from the generator into the solar collector. A volumetric accumulator placed upstream of the valve ensures regulation of the air flow before it is ejected into the water column, especially during the device start-up phase. At the top of the U3 piping is placed a generator head made up of a outer casing serving both as a sealing casing for the device and as a system for guiding and holding the generator drive wheel. This drive wheel has a mechanism for guiding, centering and holding the fixed parts of the umbrellas as well as the arms by which

se transmettent les efforts et le couple d'entraînement à un axe.  the forces and the drive torque are transmitted to an axis.

Cet a.xe repose sur deux paliers à billes étanches ain d'assurer un guidage efficace et une résistance au frottement minimum. Une extrémité d'axe est équipée d'un système d'accouplement qui transmets le couple de travail à un récepteur mécanique ou à un générateur électrique par l'intermédiaire d'un train d'engrenage multiplicateur.  This a.xe rests on two sealed ball bearings in order to ensure efficient guidance and minimum friction resistance. One end of the axle is fitted with a coupling system which transmits the working torque to a mechanical receiver or to an electric generator via a multiplier gear train.

Ce dispositif comprend donc deux ensembles indépendants mais complémentaires le premier but de l'invention est d'une part un générateur solaire à haut rendement permettant d'obtenir de l'air dilaté d'environ 30% à une température de 80 à 120'C ainsi qu'à une pression  This device therefore comprises two independent but complementary assemblies. The first object of the invention is on the one hand a high efficiency solar generator making it possible to obtain expanded air of approximately 30% at a temperature of 80 to 120 ° C. as well as at a pressure

de 0,2 à 0,35bar.from 0.2 to 0.35bar.

Ce premier but est atteint par le fait que les mesures suivantes, prises individuellement ou en combinaison les unes avec les autres, sont appliquées: Première version de générateur possible: - l'enveloppe du collecteur présente la forme d'un cône concave  This first goal is achieved by the fact that the following measures, taken individually or in combination with each other, are applied: First version of generator possible: - the collector casing has the shape of a concave cone

qui supporte la tubulure du collecteur dont la génératrice du profil n'est pas obligatoirement une droite.  which supports the manifold manifold whose generator of the profile is not necessarily a straight line.

- la tubulure du collecteur se présente sous la forme d'un tube  - the manifold manifold is in the form of a tube

s'enroulant en spirales s'élargissant et suivant le profil de l'enveloppe tout en s'élevant d'une circonvolution sur l'autre.  winding in widening spirals and following the profile of the envelope while rising from one convolution to the other.

- le collecteur comporte une ou des ailettes dont la section va en augmentant du début à la fin de la tubulure de manière linéaire afin de  - the manifold includes one or more fins, the cross section of which increases from the beginning to the end of the tubing in a linear fashion in order to

garantir une surface de captage et d'échange en constante augmentation.  guarantee a constantly increasing collection and exchange area.

- la section de la tubulure de collecteur va en augmentant de façon à permettre une expansion de l'air ou du gaz présent dans celle-ci tout en favorisant une accélération du flux par une diminution de la perte de charge combinée avec une force de convection, - Le collecteur a un enroulement d'une circonvolution sur l'autre dans le sens du haut afin de permettre une ascendance des gaz chauds  - the cross-section of the manifold is increasing so as to allow an expansion of the air or gas present in it while promoting an acceleration of the flow by a reduction in the pressure drop combined with a convection force , - The collector has a winding of one convolution on the other in the direction of the top in order to allow an ascent of the hot gases

circulant dans la tubulure.flowing through the tubing.

- le sens d'enroulement du collecteur prend en compte et utilise la  - the direction of winding of the collector takes into account and uses the

force de CORIOLIS afin de favoriser l'accélération du flux d'air.  CORIOLIS strength to promote the acceleration of the air flow.

- l'enveloppe intérieure du cône du capteur solaire est  - the inner envelope of the cone of the solar collector is

réfléchissante afin de renvoyer le rayonnement ne frappant pas directement la tubulure sur la surface inférieure de celle-ci.  reflective in order to return the radiation not directly striking the tubing on the lower surface of the latter.

Seconde version de générateur possible: - l'enveloppe du collecteur présente la forme d'un cône concave en forme d'escalier hélicodal qui supporte la peau du collecteur dont la  Second possible generator version: - the collector casing has the shape of a concave cone in the form of a helical staircase which supports the collector skin, the

génératrice moyenne du profil n'est pas obligatoirement une droite.  average generator of the profile is not necessarily a straight line.

- le collecteur se présente sous la forme d'une peau aménageant un couloir s'enroulant en spirales s'élargissant et suivant le profil de 25 l'enveloppe tout en s'élevant d'une circonvolution sur l'autre et étant  - The collector is in the form of a skin providing a corridor winding in widening spirals and following the profile of the envelope while rising from one convolution to the other and being

décalée en vertical ou dans tout autre direction par rapport à l'enveloppe permettant d'aménager un couloir étanche.  offset vertically or in any other direction with respect to the envelope enabling a watertight corridor to be arranged.

- L'étanchéité entre la peau et l'enveloppe du capteur est réalisée par un collage suffisamment souple pour absorber les différences de  - The seal between the skin and the envelope of the sensor is made by a sufficiently flexible bonding to absorb the differences of

dilatation entre la peau et l'enveloppe.  dilation between the skin and the envelope.

- le collecteur est constitué d'un couloir étanche dont la section va en augmentant du début à la fin de la tubulure de manière linéaire 35 afin de garantir une surface de captage et d'échange en constante augmentation. la section du couloir du collecteur va en augmentant de façon à permettre une expansion de l'air ou du gaz présent dans celle-ci tout en 40 favorisant une accélération du flux par une diminution de la perte de  - The collector consists of a sealed corridor, the section of which increases from the beginning to the end of the tubing in a linear fashion 35 in order to guarantee a constantly increasing collection and exchange surface. the section of the collector lane increases so as to allow an expansion of the air or gas present therein while promoting an acceleration of the flow by reducing the loss of

charge combinée avec une force de convection.  charge combined with convective force.

- Le collecteur a un enroulement d'une circonvolution sur l'autre dans le sens du haut afin de permettre une ascendance des gaz chauds  - The collector has a winding of a convolution on the other in the direction of the top in order to allow an ascent of the hot gases

circulant dans la tubulure.flowing through the tubing.

- le sens d'enroulement du collecteur prend en compte et utilise la  - the direction of winding of the collector takes into account and uses the

force de CORIOLIS afin de favoriser l'accélération du flux d'air.  CORIOLIS strength to promote the acceleration of the air flow.

Le second but de l'invention est d'autre part un générateur de puissance à haut rendement qui utilise un flux d'air ou tout autre ga surpressé dans une colonne d'eau ou de tout autre liquide et la transforme en force mécanique directement utilisable pour actionner un  The second object of the invention is on the other hand a high-efficiency power generator which uses a flow of air or any other gas overpressed in a column of water or any other liquid and transforms it into a mechanical force which can be directly used to activate a

récepteur mécanique, hydraulique, pneumatique, ou un générateur électrique.  mechanical, hydraulic, pneumatic receiver, or an electric generator.

Ce second but est atteint par le fait que les mesures suivantes, prises individuellement ou en combinaison les unes avec les autres, sont appliquées: - le flux d'air est libéré dans Un diepositif hydraulique tounant en 1 5 circuit fermé dont une partie est constituée d'une tuyauterie étanche en  This second object is achieved by the fact that the following measures, taken individually or in combination with one another, are applied: - the air flow is released in a hydraulic device operating in closed circuit, part of which is made up tight piping in

U partiellement immergée dans lequel tourne une chaîne d'entraînement.  U partially submerged in which a drive chain rotates.

- cette chaîne est équipée de " parapluies " disposés à intervalles réguliers dont la fonction est de capter le flux d'air libéré dans la  - this chain is equipped with "umbrellas" arranged at regular intervals whose function is to capture the air flow released in the

colonne de liquide et de faire effectuer un travail à celui-ci.  liquid column and have work done on it.

- ces parapluies sont repliables de façon à s'ouvrir dans la phase  - these umbrellas are foldable so that they open in the phase

ascendante et à se fermer dans la phase descendante.  ascending and closing in the descending phase.

- ces parapluies sont équipés de membranes étanches capables  - these umbrellas are equipped with waterproof membranes capable

d'emprisonner les bulles d'air ou de gaz en partie inférieure dans la phase ascendante.  trapping air or gas bubbles at the bottom in the ascending phase.

- ces parapluies possèdent un système de centrage autonome qui  - these umbrellas have an autonomous centering system which

permettent un guidage et un centrage dans la tuyauterie ainsi qu'au niveau de la roue réceptrice en partie supérieure.  allow guidance and centering in the piping as well as at the level of the receiving wheel in the upper part.

- un système de soupape permet de s'assurer que l'on a toujours un flux d'air arrivant dans la colonne d'eau en fonctionnement normal  - a valve system ensures that there is always an air flow arriving in the water column in normal operation

et que l'on a pas de vidange de la tuyauterie en cas d'interruption par manque de pression d'air ou d'arrêt.  and that there is no draining of the piping in the event of an interruption due to lack of air pressure or stopping.

- un système de régulation de température permet de maintenir  - a temperature regulation system makes it possible to maintain

une température optimale du fluide dans la colonne de liquide.  optimum fluid temperature in the liquid column.

- un accumulateur de gaz est disposé en amont de la soupape afin  - a gas accumulator is placed upstream of the valve so

de réguler le flux d'air entrant dans la colonne de liquide.  to regulate the air flow entering the liquid column.

D'autres caractéristiques apparaîtront mieux à la lecture des croquis représentés plus loin et préciseront les avantages techniques de la présente invention.  Other characteristics will appear better on reading the sketches shown below and will specify the technical advantages of the present invention.

- La figure I représente une vue d'ensemble du dispositif complet avec le capteur solaire constitué de son enveloppe conique concave (Rep 1) sur laquelle est installée la tubulure de captage à ailette (Rep 2), cette tubulure a un enroulement qui est à la fois circulaire et suit le profil conique de l'enveloppe tout en décrivant une hélicode d'un tour sur l'autre afin de favoriser le principe de convection d'un gaz chaud par rapport à son milieu ambiant. L'enveloppe conique est recouverte d'une plaque de protection (Rep 3) qui peut être réalisée en méthacrylate de méthyle (PMM), la fonction de cette plaque est de maintenir propre la 10 partie interne du capteur solaire afin de garder optimale la fonction de réflexion de la surface interne du cône et donc de favoriser l'échange. Il est bien évident que les dimensions du cône ne sont pas limitées, de même pour la valeur de l'inclinaison de la pente ou du profil rectiligne ou non de celui-ci ou encore de la longueur de la tubulure de l'échangeur, comme du  - Figure I shows an overview of the complete device with the solar collector consisting of its concave conical envelope (Rep 1) on which is installed the finned collecting tube (Rep 2), this tube has a winding which is both circular and follows the conical profile of the envelope while describing a helicode from one turn to the other in order to favor the principle of convection of a hot gas with respect to its ambient medium. The conical envelope is covered with a protective plate (Rep 3) which can be made of methyl methacrylate (PMM), the function of this plate is to keep the internal part of the solar collector clean in order to keep the function optimal. of reflection of the internal surface of the cone and therefore of promoting exchange. It is quite obvious that the dimensions of the cone are not limited, likewise for the value of the inclination of the slope or of the straight or non-straight profile thereof or also of the length of the exchanger pipe, as of

nombre d'ailettes soudées sur celle-ci.  number of fins welded to it.

Une tuyauterie de liaison (Rep 4) permet d'alimenter la rétro pompe en air surpressé, un accumulateur de gaz (Rep 18) permet de réguler le flux 20 d'air avant le clapet (Rep 5) qui assure l'étanchéité de la tuyauterie immergée (Rep 6) dans un liquide pouvant éventuellement être de l'eau et dans laquelle circule une chaîne d'entraînement (Rep 7) en circuit fermé, elle est animée par le flux d'air. Une roue réceptrice (Rep 8) guide et reçoit les " parapluies " (Rep 9) qui sont animés d'une force de convection 25 liée à la poussée verticale des poches d'air emprisonnées sous les  A connecting pipe (Rep 4) supplies the retro pump with compressed air, a gas accumulator (Rep 18) regulates the air flow 20 before the valve (Rep 5) which seals the immersed piping (Rep 6) in a liquid which may possibly be water and in which a drive chain (Rep 7) circulates in a closed circuit, it is driven by the air flow. A receiving wheel (Rep 8) guides and receives the "umbrellas" (Rep 9) which are driven by a convective force 25 linked to the vertical thrust of the air pockets trapped under the

membranes et lui transmettant leur effort du bas vers le haut qui génèrent ainsi un couple de rotation.  membranes and transmitting their force from the bottom to the top which thus generate a torque.

- La figure 2 représente le détail d'un parapluie en phase ascendante avec sa pièce fixe de guidage (Rep 10) qui est aussi un axe primaire d'articulation du système de rappel des baleines (Rep 11), les baleines (Rep 12) sont elles mêmes articulées sur l'embase du contrepoids (Rep 13). Elles supportent la membrane en caoutchouc (Rep 14) étanche 35 qui emprisonne en partie inférieure une partie du flux d'air libéré dans la colonne d'eau. L'action du contrepoids coulissant (Rep 13) assure l'ouverture du parapluie dès que celui-ci se retrouve en phase ascendante dans le circuit fermé et également le maintien de l'ouverture maximum du parapluie malgré la poussée verticale exercée par la poche d'air retenue  - Figure 2 shows the detail of an umbrella in the ascending phase with its fixed guide piece (Rep 10) which is also a primary axis of articulation of the whale recall system (Rep 11), the whales (Rep 12) are themselves articulated on the counterweight base (Rep 13). They support the waterproof rubber membrane (Rep 14) 35 which traps part of the air flow released in the water column at the bottom. The action of the sliding counterweight (Rep 13) ensures the opening of the umbrella as soon as it finds itself in an ascending phase in the closed circuit and also maintains the maximum opening of the umbrella despite the vertical thrust exerted by the pocket d retained air

sous la membrane du parapluie.under the membrane of the umbrella.

- La figure 3 représente le détail d'un parapluie en phase descendante avec sa pièce fixe (Rep 10) et qui figure l'ensemble du 45 système de rappel des baleines (Rep 11) en extension avec les baleines  - Figure 3 shows the detail of an umbrella in the downward phase with its fixed part (Rep 10) and which shows the whole of the 45 whale recall system (Rep 11) in extension with the whales

(Rep 12) tirées vers le bas par l'action des contrepoids coulissants (Rep 13). Cette configuration assure une résistance minimum à l'avancement de la chaîie d'entraînement en phase descendante et permet donc d'obtenir une optimisation du rendement du générateur.  (Rep 12) pulled down by the action of the sliding counterweights (Rep 13). This configuration ensures minimum resistance to the advancement of the drive chain in the downward phase and therefore makes it possible to obtain an optimization of the generator output.

o0 - La figure 4 représente le détail de la roue réceptrice (Rep 8) qui guide et capte les volants (Rep 16) de la partie fixe des parapluies (Rep 9). Ces volants sont captés par des guides (Rep 17) qui sont articulés en extrémité des bras de roue (Rep 18) et permettent le guidage et la transmission de l'effort de la chaîne d'entraîmement à la roue réceptrice. L'articulation de ces guides permet de suivre la rotation relative des pièces fixes de parapluie (Rep 16) qui varie tout au long de la trajectoire décrite du point repère A au point repère B. L'articulation de ces guides (Rep 17) bénéficie également d'un système de rappel par ressort qui assure un bon 10 positionnement des guides (Rep 17) en début de prise de contact au point  o0 - Figure 4 shows the detail of the receiving wheel (Rep 8) which guides and picks up the handwheels (Rep 16) of the fixed part of the umbrellas (Rep 9). These flywheels are captured by guides (Rep 17) which are articulated at the end of the wheel arms (Rep 18) and allow the guiding and transmission of the force from the drive chain to the receiving wheel. The articulation of these guides makes it possible to follow the relative rotation of the fixed parts of the umbrella (Rep 16) which varies throughout the trajectory described from reference point A to reference point B. The articulation of these guides (Rep 17) benefits also a spring return system which ensures good positioning of the guides (Rep 17) at the start of contact at the point

A de la trajectoire.A of the trajectory.

- La figure 5 représente le détail de la section du capteur solaire première version avec son enveloppe conique (Rep 1) et sa tubulure de captage à ailette (Rep 2)_ La section de la tubulure varie en augmentant par paliers entre le point bas qui correspond à l'entrée et le point haut qui correspond à la sortie de la tubulure. Ii est à noter que la dimension de l'ailette varie également en augmentant d'une circonvolution sur l'autre, 20 cette augmentation de la section de la ou des ailettes (dans le cas de figure présent une seule ailette est représentée) permet d'assurer une augmentation constante de la surface de captage du rayonnement solaire et donc d'optimiser la surface totale de captage du rayonnement. La plaque de protection (Rep 3) assure le maintien de la propreté de la partie interne 25 du capteur ainsi que l'optimisation de la réflexion du rayonnement de  - Figure 5 shows the detail of the section of the solar collector first version with its conical casing (Rep 1) and its collecting tube with fin (Rep 2) _ The section of the tube varies in increments between the low point which corresponds to the inlet and the high point which corresponds to the outlet of the tubing. It should be noted that the dimension of the fin also varies by increasing from one convolution to the other, this increase in the section of the fin (s) (in the present case, only one fin is shown) allows '' ensure a constant increase in the solar radiation capture surface and therefore optimize the total radiation capture surface. The protective plate (Rep 3) ensures the cleanliness of the internal part 25 of the sensor as well as the optimization of the reflection of the radiation from

l'enveloppe. L'isolation (Rep 20) assure le minimum de déperdition calorifique du capteur.  the envelope. The insulation (Rep 20) ensures the minimum heat loss from the sensor.

- La figure 6 représente le détail de la section du capteur solaire  - Figure 6 shows the detail of the section of the solar collector

seconde version avec son enveloppe (Rep 21) et sa peau (Rep 19) qui peut être éventuellement en tôle de cuivre.  second version with its envelope (Rep 21) and its skin (Rep 19) which may possibly be made of copper sheet.

En fonctionnement, le rayonnement solaire est focalisé sur la face supérieure du capteur solaire, il est constitué du rayonnement direct pour une part variable et du rayonnement diffus; la proportion entre les deux types de rayonnement varie de 20 à 50% de rayonnement diffus 40 suivant les régions, la moyenne de quantité d'énergie disponible au m2 étant de 1KWh/M2. La disposition géométrique en cône concave de l'enveloppe (Rep 1) du capteur solaire avec une valeur indicative pouvant être dans ce cas 200, permet de capter un maximum d'énergie dispensée. L'étagement en spirales du conduit d'air ou de la tubulure (Rep 2) assure 45 une exposition maximum au rayonnement et donc des conditions  In operation, the solar radiation is focused on the upper face of the solar collector, it consists of direct radiation for a variable part and diffuse radiation; the proportion between the two types of radiation varies from 20 to 50% of diffuse radiation 40 depending on the region, the average amount of energy available per m2 being 1KWh / M2. The geometrical arrangement in concave cone of the envelope (Rep 1) of the solar collector with an indicative value which can be in this case 200, makes it possible to capture a maximum of energy dispensed. The spiral staging of the air duct or the tubing (Rep 2) ensures maximum exposure to radiation and therefore conditions

d'échange optimum soit par captage direct du rayonnement ou captage indirect par réfraction sur l'enveloppe (Rep 1). Cette disposition du capteur a été choisie pour obtenir un bilan énergétique optimal.  optimum exchange either by direct capture of the radiation or indirect capture by refraction on the envelope (Rep 1). This arrangement of the sensor was chosen to obtain an optimal energy balance.

Le principe de fonctionnement de ce capteur reposant partiellement sur la dilatation de l'air répond aux données suivantes: soit Vt le volume total d'air dilaté soit Vo le volume d'air à température ambiante soit t la différence de température entre température ambiante et température d'échange au niveau de la tubulure ou du conduit d'air (de 80 à 1000C) soit pj le coefficient moyen de dilatation du gaz dans la tubulure on a l'équation: t = Vo (1+t' Le dimensionnement de la tubulure ou du conduit d'air est corcélé aux données suivantes: soit Vt le volume total d'air dilaté soit t' le temps unitaire d'écoulement du gaz qui est la seconde soit De le débit de gaz de la tubulure ou du conduit d'air soit Vi la vitesse de déplacement du gaz dans la tubulure soit Se la section de passage de gaz dans la tubulure ou le conduit d'air on a l'équation: De= Vt d'o on déduit l'équation: Se = De vi Le générateur de puissance est conçu de manière à exploiter avec un minimum de pertes l'énergie produite par le capteur solaire, son architecture en circuit fermé assure l'annulation des contraintes de poids des pièces en mouvement et sa faible vitesse de fonctionnement minimise les pertes d'énergie par une faible inertie. Les pertes dues aux frottements 35 ou de résistance à l'avancement sont minimisées par des paliers à billes au niveau de l'axe de la roue réceptrice (Rep 8) d'une part, et par le repli des parapluies (Rep 9) en phase descendante ou encore de la forme des contrepoids (Rep 13) ainsi que des couronnes de guidage (Rep 16). Le principe de fonctionnement du générateur de puissance répond aux données suivantes: soit V' le volume unitaire d'eau déplacé sous un parapluie soit Nb le nombre de parapluies simultanément au travail à t' soit Vé la vitesse d'élévation des parapluies dans la colonne d'eau ( sensiblement 0.32 m/s) soit Pu la puissance utile délivrée par le générateur soit le rendement d aux pertes (frottement des paliers + résistance à l'avancement des parapluies à la descente) on a l'équation: pu = V'x NbxVé x  The operating principle of this sensor, based partially on the expansion of the air, responds to the following data: either Vt the total volume of expanded air or Vo the volume of air at room temperature or t the temperature difference between room temperature and exchange temperature at the level of the pipe or the air duct (from 80 to 1000C) or pj the average coefficient of expansion of the gas in the pipe we have the equation: t = Vo (1 + t 'The dimensioning of the tubing or air duct is corcélé to the following data: either Vt the total volume of expanded air or t 'the unit time of gas flow which is the second or From the gas flow rate of the tubing or duct of air either Vi the speed of movement of the gas in the pipe or Se the gas passage section in the pipe or the air duct we have the equation: De = Vt from which we deduce the equation: Se = De vi The power generator is designed to operate with a minimum of losses the energy produced by the solar collector, its closed circuit architecture ensures the cancellation of the weight constraints of the moving parts and its low operating speed minimizes the energy losses by a low inertia. Losses due to friction 35 or to resistance to advancement are minimized by ball bearings at the axis of the receiving wheel (Rep 8) on the one hand, and by the folding of the umbrellas (Rep 9) in downward phase or the shape of the counterweights (Rep 13) as well as the guide rings (Rep 16). The operating principle of the power generator responds to the following data: either V 'the unit volume of water moved under an umbrella or Nb the number of umbrellas simultaneously working at t' or Vé the speed of rise of the umbrellas in the column of water (approximately 0.32 m / s) or Pu the useful power delivered by the generator or the yield due to losses (friction of the bearings + resistance to the advancement of the umbrellas on the descent) we have the equation: pu = V 'x NbxVé x

Claims (12)

REVENDICATIONS 1 Générateur hélio-thermique à rendement élevé comprenant d'une part un capteur solaire formé d'une enceinte isolante (Rep I + Rep ou Rep 18 + Rep 20) et d'une plaque de protection (Rep 3). Dans cette enceinte est disposée suivant les versions soit une tubulure à ailettes (Rep 2), soit un couloir de circulation d'air aménagé entre la peau (Rep 19) et l'enveloppe (Rep 18). L'air ou le gaz entrant au point bas dans la tubulure 10 du capteur version 1 ou le couloir de circulation du capteur version 2 est dilaté sous l'action de l'échange thermique, il subit une accélération sous l'effet combiné de l'agrandissement constant du rayon de giration du conduit d'air, de la force d'expansion de l'air dilaté, de l'élévation de celui-ci allant dans le sens de la force de convection d'un gaz chaud, de la 15 force de CORIOLIS et de la diminution de la perte de charge de la tuyauterie par l'augmentation de la section de celui-ci. Cet air chaud sous pression est exploité dans un générateur de puissance qui transforme ce flux d'air ou de tout autre gaz en énergie mécanique dans un tube en U étanche dans lequel est disposé une colonne d'eau ou de tout autre 20 liquide. Dans ce tube circule une chaîne d'entraînement (Rep 7) sur  1 High efficiency solar thermal generator comprising on the one hand a solar collector formed by an insulating enclosure (Rep I + Rep or Rep 18 + Rep 20) and a protective plate (Rep 3). In this enclosure is arranged, depending on the version, either a finned tube (Rep 2), or an air circulation corridor arranged between the skin (Rep 19) and the envelope (Rep 18). The air or gas entering at low point in the tubing 10 of the version 1 sensor or the circulation corridor of the version 2 sensor is expanded under the action of heat exchange, it undergoes an acceleration under the combined effect of l constant enlargement of the radius of gyration of the air duct, of the expansion force of the expanded air, of the elevation of this going in the direction of the convection force of a hot gas, of the 15 CORIOLIS force and the reduction in the pressure drop of the piping by the increase in the section thereof. This hot pressurized air is exploited in a power generator which transforms this flow of air or any other gas into mechanical energy in a sealed U-shaped tube in which is placed a column of water or any other liquid. In this tube circulates a drive chain (Rep 7) on laquelle sont disposés à intervalles réguliers des parapluies (Rep 9) qui captent le flux d'air ou de gaz dans le tube afin de lui faire effectuer un travail dans la colonne d'eau ou de liquide. Ces parapluies sont repliables en phase descendante et s'ouvrent automatiquement en phase ascendante.  which are arranged at regular intervals umbrellas (Rep 9) which capture the flow of air or gas in the tube to make it perform work in the column of water or liquid. These umbrellas are foldable in the downward phase and open automatically in the upward phase. Une roue réceptrice (Rep 8) transforme la force d'élévation des parapluies  A take-up wheel (Rep 8) transforms the lifting force of the umbrellas (Rep 9) liés à la chaîne d'entraînement (Rep 7) en couple mécanique.  (Rep 9) linked to the drive chain (Rep 7) in mechanical torque. 2 Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe (Rep 1) du capteur solaire dans la première version est de 30 forme conique concave dont la génératrice du profil peut ne pas être une droite.  2 Generator according to claim 1, characterized in that the casing (Rep 1) of the solar collector in the first version is of concave conical shape whose generator of the profile may not be a straight line. 3 Générateur selon l'une des revendications précédentes,  3 Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la première version de capteur solaire, la  characterized in that in the first version of the solar collector, the tubulure (Rep 2) possède une ou des ailettes.  tubing (Rep 2) has one or more fins. 4 Générateur selon l'une des revendications précédentes,  4 Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la première version de capteur solaire, la tubulure (Rep 2) s'enroule en spirales s'élargissant suivant le profil 40 général de l'enveloppe conique concave (Rep 1) et s'élevant d'une  characterized in that in the first version of solar collector, the tubing (Rep 2) is wound in spirals widening according to the general profile 40 of the concave conical envelope (Rep 1) and rising circonvolution sur l'autre.convolution on the other. Générateur selon l'une des revendications précédentes,  Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la première version de capteur solaire, la 45 tubulure (Rep 2) ou le couloir de circulation d'air ou de gaz de la seconde  characterized in that in the first version of solar collector, the tubing (Rep 2) or the air or gas circulation corridor of the second version de capteur solaire, la section du conduit d'air va en augmentant du début à la fin, à la fois en surface de section de passage d'air et en surface d'échange thermique.  version of solar collector, the section of the air duct increases from the beginning to the end, both in area of air passage section and in heat exchange area. lIII 6 Générateur selon l'une des revendications précédentes,  6 Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la première version de capteur solaire, la tubulure (Rep 2) ou le couloir de circulation de gaz de la seconde version de capteur solaire, le conduit dans lequel circule le flux de gaz évolue en spirales s'élargissant afin de diminuer constamment la perte de charge du  characterized in that in the first version of solar collector, the pipe (Rep 2) or the gas circulation corridor of the second version of solar collector, the conduit in which the gas flow circulates evolves in widening spirals in order to constantly decrease the pressure drop of the conduit et de favoriser une accélération du flux de gaz.  leads and promote an acceleration of the gas flow. 7 Générateur selon l'une des revendications précédentes,  7 Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la seconde version de capteur solaire, 10 l'enveloppe (Rep 21) est une enceinte conique concave sur laquelle est  characterized in that in the second version of solar collector, the casing (Rep 21) is a concave conical enclosure on which is aménagé un couloir en spirale ascendante en forme d'escalier dont le profil de génératrice peut ne pas être une droite et allant en s'élargissant d'une circonvolution sur l'autre.  arranged an ascending spiral corridor in the form of a staircase whose generator profile may not be a straight line and widening from one convolution to the other. 8 Générateur selon l'une des revendications précédentes,  8 Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la seconde version de capteur solaire, une peau (Rep 19) est disposée sur l'enveloppe (Rep 21), elle est d'un matériau favorisant l'échange thermique et épousant la forme de l'enveloppe (Rep 2 1) avec un décalage pouvant être en vertical ou dans toute autre direction  characterized in that in the second version of solar collector, a skin (Rep 19) is arranged on the envelope (Rep 21), it is of a material promoting heat exchange and conforming to the shape of the envelope (Rep 2 1) with an offset that can be vertical or in any other direction afin d'aménager un couloir de circulation d'air ou de tout autre gaz.  in order to create an air or other gas circulation corridor. 9 Générateur selon l'une des revendications précédentes,  9 Generator according to one of the preceding claims, caractérisé en ce que dans la seconde version de capteur solaire, l'assemblage de la peau (Rep 19) et de l'enveloppe (Rep 18) aménage un 25 couloir de circulation de gaz allant en spirales s'élargissant et s'élevant  characterized in that in the second version of solar collector, the assembly of the skin (Rep 19) and of the envelope (Rep 18) provides a gas circulation corridor going in spirals widening and rising d'une circonvolution sur l'autre.from one convolution to the next. Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la seconde version de capteur solaire, 30 l'assemblage de la peau (Rep 19) et de l'enveloppe (Rep 21) se fait par  Generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the second version of solar collector, the assembly of the skin (Rep 19) and the casing (Rep 21) is done by collage avec une colle suffisamment souple pour conserver une étanchéité tout en absorbant les différences de dilatation entre les matériaux.  bonding with an adhesive that is flexible enough to maintain a seal while absorbing the differences in expansion between the materials. 11 Générateur selon l'une des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce que dans le générateur de force mécanique, chaque  11 Generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the mechanical force generator, each parapluie (Rep 9) est équipé d'une membrane étanche (Rep 14)qui a pour fonction de capter l'air ou le gaz libéré dans la colonne d'eau ou de liquide afin de transmettre une force mécanique d'élévation égale au poids du volume d'eau ou de liquide déplacé sous la membrane.  umbrella (Rep 9) is equipped with a waterproof membrane (Rep 14) which has the function of capturing the air or gas released in the water or liquid column in order to transmit a mechanical lifting force equal to the weight the volume of water or liquid displaced under the membrane. 12 Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le générateur de force mécanique, les parapluies (Rep 9) sont repliables en phase descendante du circuit fermé effectué par la chaîne d'entraînement (Rep 7).  12 Generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the mechanical force generator, the umbrellas (Rep 9) are foldable in the downward phase of the closed circuit performed by the drive chain (Rep 7). 13 Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le générateur de force mécanique, les parapluies (Rep 9) sont reffliables en phase descendantes par l'action d'un contre poids (Rep 13).  13 Generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the mechanical force generator, the umbrellas (Rep 9) are reffliable in descending phase by the action of a counterweight (Rep 13). 14 Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le générateur de force mécanique, les parapluies (Rep 9) possèdent un système de centrage autonome par rapport au tube (Rep 6).  14 Generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the mechanical force generator, the umbrellas (Rep 9) have a self-centering system with respect to the tube (Rep 6). Générateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le générateur de force mécanique, la roue réceptrice (Rep 8) possède un système de préhension de centrage et d'entraînement articulé (Rep 17) avec un système de rappel par ressort et 10 de rotation relative de l'orientation des volants de pièces fixes de  Generator according to one of the preceding claims, characterized in that in the mechanical force generator, the receiving wheel (Rep 8) has a centering and articulated drive gripping system (Rep 17) with a spring return system and 10 relative rotation of the orientation of the flywheels of fixed parts of parapluies (Rep 16) par rapport à la trajectoire semi-circulaire de ces pièces sur la roue réceptrice (Rep 8).  umbrellas (Rep 16) relative to the semi-circular trajectory of these parts on the receiving wheel (Rep 8).
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