-1- La présente invention concerne un dispositif de concentration solaire statique permettant de produire de la chaleur et / ou de l'électricité à usage domestique ou industriel. Il présente des performances supérieures à ceux issus d'inventions antérieures dont les différences sont précisées en page 8. The present invention relates to a static solar concentrating device for producing heat and / or electricity for domestic or industrial use. It presents higher performances than those resulting from previous inventions whose differences are specified on page 8.
Les chauffe-eaux solaires ne permettent pas d'atteindre des températures suffisantes pour répondre aux besoins de chauffage sans moyens énergétiques complémentaires. Par ailleurs, outre les techniques photovoltaïques de faible rendement, la production d'électricité à partir de l'énergie solaire nécessite de chauffer un fluide à une 10 température relativement élevée. Aussi existe-il divers systèmes de concentration solaire basés sur l'utilisation de miroirs paraboliques cylindriques (1 axe) ou sphériques (2 axes) dont l'orientation est asservie à la course du soleil. Cantonnés au domaine de la recherche, ces systèmes relativement sophistiqués ne trouvent pas de débouché industriel parce qu'ils sont 15 limités en puissance, en raison de la taille des pièces mobiles et des problèmes de prise au vent, parce qu'ils doivent faire l'objet d'une maintenance régulière et parce qu'ils s'intègrent difficilement à l'habitat et au paysage urbain. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Selon une première caractéristique, sa forme générale est celle d'une spirale cylindrique, 20 réfléchissante sur l'une de ses faces (1), qui concentre le flux solaire reçu vers un tube cylindrique non réfléchissant (de couleur noire), dans lequel circule un fluide caloporteur. Ce tube peut être lui-même entouré d'un tube transparent (verre ou quartz) dans lequel le vide est établi pour limiter les déperditions de chaleur, Suivant son axe, la spirale est limitée à ses deux extrémités par des miroirs plans 25 qui renvoient les rayons vers l'intérieur de la spirale. Afin d'assurer une captation totale du flux solaire reçu avec un taux de concentration maximal (rapport entre le flux entrant et celui qui atteint le tube cylindrique dans lequel circule le fluide caloporteur) et empêcher toute réflexion parasite dirigée vers l'extérieur, le concentrateur doit être orienté, au mieux, est-ouest 30 face plein sud et sa forme doit respecter les conditions suivantes (2). - Dans la zone 1, partant de la liaison de la spirale au tube cylindrique et limitée par la tangente commune au cylindre et à la spirale, la perpendiculaire à la tangente de la spirale en un point doit être tangente au tube cylindrique. Cette condition est respectée par la courbe définie en coordonnées polaires (r, (p) d'équations : -2- r = R(1+ 02)h/2 et (p = 0 - atan(0) avec R le rayon du tube - Dans la zone 2, au delà de la zone 1 et limitée par la tangente de la spirale à son point d'origine, en contact avec le cylindre, la perpendiculaire à la tangente de la spirale en un point doit être la bissectrice de l'angle formé par la tangente à la spirale passant par ce point et la droite passant par l'origine de la spirale et ce point. - Dans la zone 3 au delà de la zone 2, la perpendiculaire à la tangente de la spirale en un point doit être la bissectrice de l'angle formé par les deux tangentes à la spirale passant par ce point. Solar water heaters do not achieve temperatures sufficient to meet heating needs without additional energy resources. Moreover, in addition to low-efficiency photovoltaic techniques, the production of electricity from solar energy requires heating a fluid to a relatively high temperature. So there are various solar concentrating systems based on the use of cylindrical (1-axis) or spherical (2-axis) parabolic mirrors whose orientation is controlled by the sun's course. In the field of research, these relatively sophisticated systems do not find an industrial outlet because they are limited in power, because of the size of the moving parts and the problems of wind resistance, because they have to do the same. subject to regular maintenance and because they are difficult to integrate into the habitat and the urban landscape. The device according to the invention overcomes these disadvantages. According to a first characteristic, its general shape is that of a cylindrical spiral, reflective on one of its faces (1), which concentrates the received solar flux towards a non-reflecting cylindrical tube (of black color), in which circulates a heat transfer fluid. This tube may itself be surrounded by a transparent tube (glass or quartz) in which the vacuum is established to limit heat losses. Along its axis, the spiral is limited at both ends by planar mirrors 25 which return the rays inward of the spiral. In order to ensure a total capture of the received solar flux with a maximum concentration ratio (ratio between the incoming flow and that which reaches the cylindrical tube in which the coolant circulates) and to prevent any unwanted reflection directed towards the outside, the concentrator must be oriented, at best, east-west 30 facing south and its shape must meet the following conditions (2). In zone 1, starting from the connection of the spiral to the cylindrical tube and limited by the common tangent to the cylinder and the spiral, the perpendicular to the tangent of the spiral at a point must be tangent to the cylindrical tube. This condition is satisfied by the curve defined in polar coordinates (r, (p) of equations: -2- r = R (1 + 02) h / 2 and (p = 0 - atan (0) with R the radius of the tube - In zone 2, beyond zone 1 and limited by the tangent of the spiral to its point of origin, in contact with the cylinder, the perpendicular to the tangent of the spiral at a point shall be the bisector of the angle formed by the tangent to the spiral passing through this point and the straight line passing through the origin of the spiral and this point.-In zone 3 beyond zone 2, the perpendicular to the tangent of the spiral in a point must be the bisector of the angle formed by the two tangents to the spiral passing through this point.
Afin d'augmenter le taux de concentration, la spirale simple peut être remplacée par une spirale multiple entrelacée satisfaisant les mêmes conditions d'optimalité que celles de la spirale simple mais entre spires voisines (3). La spirale est associée à des miroirs extérieurs pour augmenter le taux de concentration et permettre la juxtaposition de plusieurs concentrateurs sans ne rien 15 perdre du flux reçu sur une surface quelconque. Selon des modes particuliers de réalisation : - La spirale est associée à des miroirs plans (4). Outre les conditions d'optimalité définies pour les zones 1 à 3 (2), la forme de la spirale dans la zone 4 (4) est telle que la perpendiculaire à la tangente en un point soit la bissectrice de l'angle formé par la 20 tangente à la spirale passant par ce point et une droite orientée selon le rayon d'incidence minimale passant par ce point. Placé en opposition de cette partie de la spirale, un miroir plan, orienté suivant l'angle de latitude du lieu d'implantation, permet de renvoyer le flux dans la spirale en réfléchissant avec une incidence minimale les rayons d'incidence maximale. Selon les longueurs respectives des différents miroirs, 25 l'incidence minimale des rayons se réfléchissant en début de la zone 4 peut être supérieure à l'incidence minimale des rayons extérieurs. La spirale peut être prolongée par un second miroir plan dans la zone 5 permettant de renvoyer avec une incidence maximale les rayons d'incidence minimale. - Le taux de concentration peut être augmenté si l'on. accepte des réflexions multiples 30 entre les miroirs opposés dans la zone 4 (4). - Le miroir plan placé en opposition de la spirale (4) peut être remplacé par un miroir courbe. 2941038 -3- - Deux concentrateurs et miroirs associés peuvent être placés en opposition et orientés perpendiculairement à l'angle de latitude du lieu d'implantation afin d'équilibrer les flux reçus tout au long de l'année (5). - Une spirale multiple peut être raccordée à une spirale simple en respectant les 5 conditions d'optimalité et en limitant la longueur des éléments de la spirale multiple pour éviter toute réflexion sur les surfaces non réfléchissantes des miroirs. Une partie de cet ensemble peut être assemblé à l'intérieur d'un tube à vide (6). - Le circuit du fluide caloporteur peut s'opérer à travers plusieurs tubes concentriques afin de pouvoir se connecter du même côté, en entrée et sortie, et supprimer par là- 10 même, les problèmes de dilatations différentielles au niveau des joints d'étanchéité du tube à vide (7). - Afin d'améliorer les échanges énergétiques, le tube cylindrique recevant le flux solaire peut être transparent et le fluide caloporteur qu'il contient de couleur noire avec un faible coefficient de réflexion. - La spirale peut être remplacée par deux demi-spirales issues d'un même point du tube cylindrique, en respectant chacune la condition d'optimalité (8). La distance entre deux points des deux demi-spirales, situés sur une tangente quelconque au cylindre est alors égale à inD, avec D le diamètre du cylindre. Plusieurs demi-spirales peuvent être regroupées de manière concentrique afin d'être associées à une spirale de grande taille d'ouverture voisine de nitD, avec n le nombre de tubes cylindriques. Comme des poupées gigognes, de telles spirales de grande taille peuvent elles-mêmes être regroupées de manière concentrique afin d'être associées à une spirale de plus grande taille. - Les demi-spirales peuvent être associées à des miroirs extérieurs pour augmenter le taux de concentration et permettre la juxtaposition de plusieurs concentrateurs sans rien perdre du flux reçu sur une surface quelconque (9). Ces miroirs peuvent être de forme parabolique en zone 2, afin de focaliser les rayons d'incidence minimale et maximale aux deux extrémités de la zone 1 comprenant les deux demi-spirales, et plans en zone 3, afin de renvoyer avec une incidence maximale les rayons d'incidence minimale et inversement. La forme des miroirs en zone 2 peut également être choisie pour que la réflexion d'un rayon d'incidence maximale ou minimale tangente le tube cylindrique. - Un tube avec miroirs en demi-spirales peut faire un ou plusieurs aller(s) et retour(s) dans un collecteur ayant la forme d'un caisson parallélépipédique transparent, afin de faciliter sa mise sous vide en éliminant les problèmes de dilatation différentielle (10). La 2941038 -4- forme des miroirs en zone 2 bis diffère alors de celle de la zone 2 dans la mesure où la réflexion d'un rayon d'incidence maximale ou minimale tangente la portion de tube cylindrique la plus éloignée et non pas la plus proche. - Le collecteur peut être remplacé par une surface couverte de cellules photovoltaïques 5 associée à des miroirs de forme parabolique qui focalisent les rayons d'incidence minimale ou maximale à ses extrémités (11). Selon la technologie des cellules employées, un angle d'incidence minimale peut être assuré au prix d'une légère diminution du taux de concentration. Ce taux peut être augmenté au moyen d'une succession de pseudo-paraboles au prix de réflexions multiples. 10 - Des concentrateurs à cellules photovoltaïques peuvent être associés à des concentrateurs à tube afin que le fluide caloporteur soit utilisé pour refroidir les premiers, pour augmenter le rendement des cellules tout en subissant un préchauffage, avant de transiter par les seconds. - Les concentrateurs solaires peuvent se présenter sous la forme de modules de 15 couverture jointifs assurant tout à la fois la collecte de l'énergie, l'isolation et le revêtement de murs extérieurs et de toitures (12). Le coefficient de concentration est multiplié par 1/cosinus de la latitude du lieu d'implantation, dans le cas d'une surface verticale, et 1/sinus de la latitude du lieu d'implantation, dans le cas d'une surface horizontale. A titre indicatif, dans le cas d'une surface horizontale ou verticale située en 20 France, le taux de concentration, défini comme la largeur du flux entrant dans le dispositif et le diamètre du tube, est supérieur à 11. Dans le cas d'un dispositif utilisant des cellules photovoltaïques, ce taux, défini alors comme la largeur du flux entrant et la largeur de la surface utilisée par les cellules, est supérieur à 3,5. - Les concentrateurs peuvent être dimensionnés pour une plage d'incidence solaire 25 volontairement limitée afin d'augmenter leur taux de concentration durant une partie de l'année (en hiver par exemple pour le chauffage à partir d'une surface verticale) et réfléchir la totalité du flux reçu durant le restant de l'année (en été par exemple pour refroidir l'habitat). - Le concentrateur peut être réalisé au moyen de miroirs souples, éventuellement 30 gonflables afin de pouvoir être déployé à partir d'un camion ou d'un conteneur (13) comprenant également le système de conversion en énergie électrique (machine thermique + alternateur). - Le concentrateur peut être employé sur divers systèmes spatiaux pour fournir de l'énergie avec ou sans contrôle de l'orientation solaire (14). 2941038 -5- - Le concentrateur peut être employé pour désaliniser l'eau de mer. - Le concentrateur peut être utilisé comme collecteur dans une centrale utilisant des miroirs mobiles asservis (15). - Des rangées de concentrateurs, permanents ou déployables à la fin des moissons, 5 peuvent être installées sur des terrains agricoles, à distance suffisante les uns des autres pour ne pas s'ombrer mutuellement en hiver ou gêner les travaux des champs, afin de produire de l'énergie à bas coût et en très grande quantité tout en préservant l'essentiel des surfaces cultivées à des fins alimentaires (16). - Outre la production d'énergie, des champs de concentrateurs solaires de grande taille 10 peuvent être utilisés pour modifier localement le climat par génération d'un point froid à la surface du globe. Ils peuvent ainsi être utilisés à la surface de glaciers pour limiter leur fonte ou dans des zones désertiques pour augmenter localement la pluviométrie. Les dessins annexés illustrent l'invention : - La figure 1 représente le dispositif principal de l'invention. 15 - La figure 2 représente les conditions nécessaires pour assurer une captation totale du flux solaire reçu, sans réflexion parasite, avec un taux de concentration maximal dans les différentes zones du concentrateur. - La figure 3 représente des spirales multiples entrelacées double et quadruple. - La figure 4 représente un agencement entre une spirale et deux miroirs plans associés 20 permettant la juxtaposition de plusieurs concentrateurs sur une surface quelconque, sans ne rien perdre du flux solaire reçu par cette surface, tout en augmentant, par ailleurs, le taux de concentration. - La figure 5 représente deux concentrateurs placés en opposition pour équilibrer les flux reçus tout au long de l'année. 25 - La figure 6 représente une spirale multiple raccordée à une spirale simple dont une partie est située à l'intérieur d'un tube à vide. - La figure 7 représente un circuit de fluide caloporteur passant à travers plusieurs tubes concentriques afin de pouvoir se connecter du même côté, en entrée et sortie. - La figure 8 représente deux demi-spirales issues d'un même point du tube cylindrique 30 et le regroupement de plusieurs tubes et demi-spirales associés à une spirale de grande taille. - La figure 9 représente un tube et deux demi-spirales associés à des miroirs paraboliques tels que la réflexion d'un rayon d'incidence maximale ou minimale tangente le tube cylindrique. 2941038 -6- - La figure 10 représente un tube faisant un aller et retour dans un collecteur parallélépipédique transparent, associé à des miroirs extérieurs de forme optimisée. - La figure 11 représente une surface plane couverte de cellules photovoltaïques associée à des miroirs paraboliques ou d'une succession de miroirs de forme optimisée. 5 - La figure 12 représente différents types de concentrateurs sous la forme de modules de couverture jointifs assurant tout à la fois la collecte de l'énergie, l'isolation et le revêtement de murs extérieurs et de toitures. - La figure 13 représente un concentrateur en miroirs souples monté sur camion dans les états replié et déployé. 10 - La figure 14 représente un satellite de type dual spin dans le plan équatorial utilisant un concentrateur comme générateur d'énergie électrique et un satellite en orbite inclinée utilisant le concentrateur comme un mât gravitationnel. - La figure 15 représente un concentrateur utilisé comme collecteur dans une centrale à miroirs plans mobiles asservis. 15 - La figure 16 représente des rangées de concentrateurs installées sur des terrains agricoles. Dans les formes de réalisation, les concentrateurs prototypes sont réalisés en feuille métallique polie. Le tube cylindrique transparent est en verre et entoure un tube de cuivre noir. Le circuit du fluide caloporteur est réalisé à travers plusieurs tubes 20 concentriques afin de s'affranchir de la différence des coefficients de dilatation des matériaux. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au chauffage et à la production d'électricité et d'eau chaude : - à usage domestique (toits d'immeubles et de maisons individuelles), 25 - à usage industriel et urbain par l'utilisation de toute surface inutilisée exposée au sud (façades et toits d'usine, murs anti-bruit d'autoroute, bords de lignes TGV, etc.), - à la réalisation de centrales électriques et d'usines de désalinisation et de purification de l'eau notamment implantées dans les pays ensoleillés, chauds et désertiques, - à la réalisation de générateur électrique sur des systèmes spatiaux, de faible à très 30 grand puissance (centrale électrique spatialisée). - à la réalisation de mini-centrales électriques mobiles déployables en temps de crise afin de répondre à des besoins militaires ou de sécurité civile. Le dispositif de concentration solaire statique optimal est caractérisé par l'emploi d'une spirale réfléchissante simple, multiple entrelacée ou multiple entrelacée 2941038 -7- raccordée à une spirale simple, de forme optimale telle qu'en tout point, un rayon de la plus forte incidence possible en ce point se réfléchisse de manière à être tangent à un tube caloporteur, atteindre le point de contact entre ce tube et la spirale ou être tangent à la spirale, selon l'éloignement de ce point à l'origine de la spirale.In order to increase the concentration rate, the simple spiral can be replaced by an interlaced multiple spiral satisfying the same optimality conditions as those of the simple spiral but between neighboring turns (3). The spiral is associated with external mirrors to increase the concentration rate and allow the juxtaposition of several concentrators without losing any of the flux received on any surface. According to particular embodiments: - The spiral is associated with planar mirrors (4). In addition to the optimality conditions defined for zones 1 to 3 (2), the shape of the spiral in zone 4 (4) is such that the perpendicular to the tangent at a point is the bisector of the angle formed by the 20 tangent to the spiral passing through this point and a line oriented according to the minimum radius of incidence passing through this point. Placed in opposition to this part of the spiral, a plane mirror, oriented according to the latitude angle of the implantation site, makes it possible to return the flux in the spiral by reflecting with minimal incidence the rays of maximum incidence. Depending on the respective lengths of the different mirrors, the minimum incidence of the rays reflecting at the beginning of the zone 4 may be greater than the minimum incidence of the outer rays. The spiral can be extended by a second plane mirror in the area 5 to return with maximum incidence the minimum incidence rays. - The concentration rate can be increased if one. accepts multiple reflections between opposing mirrors in zone 4 (4). - The plane mirror placed in opposition of the spiral (4) can be replaced by a curved mirror. 2941038 -3- - Two concentrators and associated mirrors can be placed in opposition and oriented perpendicular to the latitude angle of the location to balance the flows received throughout the year (5). - A multiple spiral can be connected to a simple spiral respecting the 5 conditions of optimality and limiting the length of the elements of the multiple spiral to avoid any reflection on the non-reflective surfaces of the mirrors. Part of this assembly can be assembled inside a vacuum tube (6). The heat transfer fluid circuit can operate through several concentric tubes in order to be able to connect to the same side, at the inlet and the outlet, and thereby to eliminate the problems of differential expansion at the level of the seals. vacuum tube (7). In order to improve the energy exchanges, the cylindrical tube receiving the solar flux can be transparent and the heat transfer fluid that it contains in black color with a low coefficient of reflection. - The spiral can be replaced by two half-spirals from the same point of the cylindrical tube, each respecting the condition of optimality (8). The distance between two points of the two half-spirals, located on any tangent to the cylinder is then equal to inD, with D the diameter of the cylinder. Several half-spirals can be grouped concentrically to be associated with a spiral large opening near nitD, with n the number of cylindrical tubes. Like nesting dolls, such large spirals can themselves be concentrically grouped together to be associated with a larger spiral. The half-spirals can be associated with external mirrors to increase the concentration rate and allow the juxtaposition of several concentrators without losing any of the flux received on any surface (9). These mirrors may be of parabolic form in zone 2, in order to focus the minimum and maximum incidence radii at the two ends of zone 1 comprising the two half-spirals, and planes in zone 3, in order to return with maximum incidence the minimum incidence radii and vice versa. The shape of the mirrors in zone 2 can also be chosen so that the reflection of a maximum or minimum incidence radius tangents the cylindrical tube. - A tube with half-spiral mirrors can make one or more go (s) and return (s) in a collector having the shape of a transparent parallelepiped box, to facilitate its evacuation by eliminating the differential dilation problems (10). The shape of mirrors in zone 2 bis then differs from that of zone 2 insofar as the reflection of a maximum or minimum incidence radius tangents the most distant cylindrical tube portion and not the most close. The collector may be replaced by a surface covered with photovoltaic cells 5 associated with parabolic-shaped mirrors which focus the minimum or maximum incidence radii at its ends (11). Depending on the cell technology employed, a minimum incidence angle can be ensured at the expense of a slight decrease in the concentration rate. This rate can be increased by means of a succession of pseudo-parabolas at the price of multiple reflections. Photovoltaic cell concentrators can be associated with tube concentrators so that the heat transfer fluid is used to cool the first, to increase the efficiency of the cells while undergoing preheating, before passing through the second. The solar concentrators may be in the form of contiguous cover modules providing both energy collection, insulation and cladding of exterior walls and roofs (12). The concentration coefficient is multiplied by 1 / cosine of the latitude of the place of implantation, in the case of a vertical surface, and 1 / sinus of the latitude of the place of implantation, in the case of a horizontal surface. As an indication, in the case of a horizontal or vertical surface located in France, the concentration rate, defined as the width of the flow entering the device and the diameter of the tube, is greater than 11. In the case of a device using photovoltaic cells, this rate, then defined as the width of the incoming flow and the width of the surface used by the cells, is greater than 3.5. The concentrators may be sized for a deliberately limited solar incidence range in order to increase their concentration rate during a part of the year (in winter for example for heating from a vertical surface) and to reflect the the total flow received during the rest of the year (in summer for example to cool the habitat). - The concentrator can be achieved by means of flexible mirrors, possibly inflatable so that it can be deployed from a truck or container (13) also comprising the conversion system into electrical energy (thermal machine + alternator). - The concentrator can be used on various space systems to provide energy with or without solar orientation control (14). The concentrator can be used to desalinate seawater. - The concentrator can be used as a collector in a power plant using moving mobile mirrors (15). - Rows of concentrators, permanent or deployable at the end of harvests, 5 can be installed on agricultural land, at a sufficient distance from each other so as not to disturb each other in winter or hinder the work of the fields, in order to produce energy at low cost and in very large quantities while preserving most of the areas cultivated for food purposes (16). In addition to power generation, large solar concentrator fields can be used to locally modify the climate by generating a cold spot on the surface of the globe. They can be used on the surface of glaciers to limit their melting or in desert areas to locally increase rainfall. The accompanying drawings illustrate the invention: FIG. 1 represents the main device of the invention. FIG. 2 represents the conditions necessary to ensure total capture of the solar flux received, without parasitic reflection, with a maximum concentration rate in the different zones of the concentrator. - Figure 3 shows multiple spirals interlaced double and quadruple. FIG. 4 shows an arrangement between a spiral and two associated planar mirrors allowing the juxtaposition of several concentrators on any surface, without losing any of the solar flux received by this surface, while increasing, moreover, the concentration ratio. . - Figure 5 shows two concentrators placed in opposition to balance the streams received throughout the year. FIG. 6 represents a multiple spiral connected to a simple spiral, part of which is located inside a vacuum tube. - Figure 7 shows a heat transfer fluid circuit passing through several concentric tubes in order to connect to the same side, input and output. - Figure 8 shows two half-spirals from the same point of the cylindrical tube 30 and the grouping of several tubes and half-spirals associated with a large spiral. FIG. 9 represents a tube and two half-spirals associated with parabolic mirrors such as the reflection of a maximum or minimum incidence radius tangent to the cylindrical tube. FIG. 10 represents a tube making a round trip in a transparent parallelepiped collector, associated with external mirrors of optimized shape. - Figure 11 shows a flat surface covered with photovoltaic cells associated with parabolic mirrors or a succession of mirrors of optimized shape. 5 - Figure 12 shows different types of concentrators in the form of joined roofing modules providing both energy collection, insulation and cladding of exterior walls and roofs. FIG. 13 shows a flexible mirror concentrator mounted on a truck in the folded and deployed states. Fig. 14 shows a dual spin satellite in the equatorial plane using a concentrator as an electric power generator and a sloping orbit satellite using the concentrator as a gravitational mast. FIG. 15 represents a concentrator used as a collector in a slidable mobile plane mirror plant. FIG. 16 shows rows of concentrators installed on agricultural lands. In the embodiments, the prototype concentrators are made of polished metal sheet. The transparent cylindrical tube is made of glass and surrounds a black copper tube. The heat transfer fluid circuit is formed through several concentric tubes 20 in order to overcome the difference in the coefficients of expansion of the materials. The device according to the invention is particularly intended for the heating and the production of electricity and hot water: - for domestic use (roofs of buildings and individual houses), 25 - for industrial and urban use by the use any unused south-facing surfaces (factory facades and roofs, motorway noise barriers, high-speed train lines, etc.), - the construction of power plants and desalination and purification plants. especially in sunny, hot and desert countries, - the production of electric generators on space systems, from low to very high power (spatialised electric power plant). - the realization of mobile mini-power plants deployable in times of crisis to meet military or civil security needs. The optimal static solar concentration device is characterized by the use of a single, multiple interlaced or multiple interlaced reflective spiral 2941038 -7- connected to a simple spiral, of optimal shape such that in every point, a radius of the most strong possible impact at this point is reflected so as to be tangent to a heat-transfer tube, to reach the point of contact between this tube and the spiral or to be tangent to the spiral, according to the distance from this point at the origin of the spiral .
5 Le dispositif peut comprendre deux demi-spirales réfléchissantes issues d'un même point du tube caloporteur. Le dispositif peut comprendre des miroirs extérieurs placés en opposition, face à face, afin de permettre la juxtaposition de plusieurs concentrateurs sur une surface quelconque, sans ne rien perdre du flux solaire reçu par cette surface, tout en 10 augmentant, par ailleurs, le taux de concentration. Le dispositif peut comprendre des concentrateurs placés deux à deux en opposition pour équilibrer les flux reçus tout au long de l'année. Le dispositif peut comprendre un circuit de fluide caloporteur passant à travers plusieurs tubes concentriques afin de pouvoir se connecter du même côté, en entrée et 15 sortie, et supprimer par là-même, les problèmes de dilatations différentielles au niveau des joints d'étanchéité d'un éventuel tube à vide. Le dispositif peut comprendre un tube cylindrique transparent dans lequel circule un fluide caloporteur de couleur noire avec un faible coefficient de réflexion. Le dispositif peut comprendre un tube avec miroirs en demi-spirales faisant un 20 ou plusieurs allers et retours dans un collecteur ayant la forme d'un caisson transparent sous vide. Ce collecteur peut être remplacé par une surface plane couverte de cellules photovoltaïques. Des concentrateurs à cellules photovoltaïques peuvent être associés à des 25 concentrateurs à tube tel que le fluide caloporteur soit utilisé pour refroidir les premiers avant de transiter par les seconds. Le dispositif peut être réalisé en miroir souple pour pouvoir être replié ou déployé par un mécanisme ou par gonflage. Un module de couverture comprenant une pluralité de dispositifs peut être 30 disposé avec d'autres de façon jointive pour assurer tout à la fois la collecte de l'énergie, l'isolation et le revêtement de murs extérieurs et de toitures. Le dispositif peut être dimensionné pour une plage d'incidence solaire limitée afin d'augmenter le taux de concentration durant une partie de l'année et réfléchir la totalité du flux reçu le reste du temps. 2941038 -8- Les brevets antérieurs ci-dessous se rapportent également à des dispositifs de concentration solaire mais aucun d'entre eux n'est fondé sur les conditions d'optimalité d'une spirale réfléchissante et ne permet de récupérer la totalité du flux reçu sur une surface quelconque : 5 - FR 2 281 549 A utilise une spirale réfléchissante mais celle-ci, présentée à tort comme optimale, ne répond pas aux conditions d'optimalité décrites dans le présent brevet. En effet, une spirale d'Archimède d'équation r = k cp en coordonnées polaires ne constitue pas la solution optimale. Par ailleurs, Dl associe un unique miroir parabolique à la spirale qui ne permet pas de juxtaposer plusieurs concentrateurs sans perdre une partie 10 du flux reçu. - US 4 088 116A utilise une pseudo-spirale réfléchissante constituée de portions de cercles autour d'un tube oblong. La juxtaposition envisagée de plusieurs concentrateurs s'accompagne de la perte d'une partie significative du flux reçu par des réflexions parasites. 15 - US 2004/079358A utilise une spirale réfléchissante dont la forme non optimale génère de nombreuses réflexions parasites que l'ajout de réflecteurs tente de pallier imparfaitement. - GB 1 503 643 A utilise une spirale logarithmique réfléchissante qui n'a pas la capacité de garder la totalité du flux reçu. La juxtaposition envisagée de plusieurs concentrateurs 20 s'accompagne de la perte d'une partie significative du flux reçu par de multiples réflexions parasites. - FR 2 472 147 A utilise une pseudo-spirale multiple réfléchissante constituée de portions de cercles. Cette forme non optimale nécessite l'utilisation de surface réfléchissante à double face et s'accompagne inexorablement de réflexions parasites. 25 - US 4 148 299 A utilise des miroirs constitués de portions de cercles qui s'accompagnent de la perte d'une partie significative du flux reçu en raison de multiples réflexions parasites The device may comprise two reflective half-spirals coming from the same point of the heat-transfer tube. The device may comprise external mirrors placed in opposition, face to face, in order to allow the juxtaposition of several concentrators on any surface, without losing anything of the solar flux received by this surface, while increasing, moreover, the rate of concentration. The device may include hubs placed in pairs in opposition to balance the streams received throughout the year. The device may comprise a heat transfer fluid circuit passing through a plurality of concentric tubes so as to be able to connect to the same side, at the inlet and the outlet, and thereby eliminate the differential expansion problems at the seals. a possible vacuum tube. The device may comprise a transparent cylindrical tube in which circulates a heat-transfer fluid of black color with a low coefficient of reflection. The device may comprise a tube with half-spiral mirrors making one or more trips back and forth in a manifold having the shape of a vacuum transparent box. This collector can be replaced by a flat surface covered with photovoltaic cells. Photovoltaic cell concentrators may be associated with tube concentrators such that the coolant is used to cool the former before passing through the latter. The device can be made of flexible mirror to be folded or deployed by a mechanism or by inflation. A roofing module comprising a plurality of devices may be adjacently disposed together to provide energy collection, insulation and cladding of exterior walls and roofs. The device can be sized for a limited solar incidence range in order to increase the concentration rate during a part of the year and reflect the entire flux received the rest of the time. Previous patents below also relate to solar concentrating devices but none of them is based on the optimality conditions of a reflective spiral and does not recover the entire stream received. on any surface: 5 - FR 2 281 549 A uses a reflective spiral but this, wrongly presented as optimal, does not meet the conditions of optimality described in this patent. Indeed, an Archimedean spiral of equation r = k cp in polar coordinates does not constitute the optimal solution. Moreover, D1 associates a single parabolic mirror to the spiral which does not allow to juxtapose several concentrators without losing part of the stream received. US 4,088,116A uses a reflective pseudo-spiral consisting of portions of circles around an oblong tube. The envisaged juxtaposition of several concentrators is accompanied by the loss of a significant part of the flux received by parasitic reflections. 15 - US 2004 / 079358A uses a reflective spiral whose non-optimal shape generates many parasitic reflections that the addition of reflectors attempts to palliate imperfectly. GB 1 503 643 A uses a reflective logarithmic spiral which does not have the capacity to keep the entire stream received. The envisaged juxtaposition of several concentrators 20 is accompanied by the loss of a significant part of the flux received by multiple parasitic reflections. FR 2 472 147 A uses a reflective multiple pseudo-spiral consisting of portions of circles. This non-optimal shape requires the use of double-sided reflective surface and is inexorably accompanied by parasitic reflections. US 4,148,299 A uses mirrors consisting of portions of circles that are accompanied by the loss of a significant portion of the received stream due to multiple spurious reflections.