FR2945857A1

FR2945857A1 - Device for transmitting heat energy to gaseous or liquid fluid in e.g. solar thermal station, has frame supporting mobile structure for aligning structure so as to maintain solar light in common optical plane of mirrors

Info

Publication number: FR2945857A1
Application number: FR0902445A
Authority: FR
Inventors: Pierre Convert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-11-26

Abstract

The device has a converter (3) positioned to face a mirror (2) and provided symmetric with respect to optical plane of the mirror. Reflectors are positioned between ridges of absorbing plates (4) elongated from window panes. A mobile structure (12) integrates another mirror (1), the former mirror and the converter. A frame is in contact with ground. The frame supports the mobile structure using an articulation for aligning the mobile structure so as to maintain solar light in common optical plane of the mirrors.

Description

Domaine de l'invention La présente invention consiste en un dispositif permettant de concentrer les rayons lumineux venant du soleil afin de réchauffer un fluide. Un tel dispositif peut être notamment employé dans une centrale solaire thermodynamique à concentration pour réchauffer un fluide caloporteur (par exemple de l'eau, de l'huile, des sels fondus ou encore de l'air), lequel sera utilisé pour produire de l'électricité. Le dispositif peut également être employé pour des installations industrielles ou des habitations pour fournir de la chaleur industrielle ou de l'eau chaude. Etat de la technique antérieure Actuellement, certaines centrales solaires thermodynamiques utilisent des concentrateurs cylindro-paraboliques pour chauffer un fluide caloporteur ou un fluide destiné à changer de phase (par exemple de l'eau qui se transformerait en vapeur). Ces concentrateurs cylindro-paraboliques actuels sont constitués de miroirs cylindro-paraboliques qui concentrent les rayons du soleil sur un tube transportant un liquide caloporteur. Ce tube est placé sur la ligne composée des points focaux du miroir cylindro-parabolique. Il est constitué de deux parois transparentes co-cylindriques. Un vide est fait entre les deux parois afin d'obtenir une calorifugation du tube. Le fluide destiné à absorber l'énergie lumineuse sous forme de chaleur circule lui à l'intérieur du tube de plus faible diamètre. Ces tubes permettant de réchauffer le fluide sur la ligne focale des miroirs sont délicats à construire donc coûteux. En outre, ils sont, de par leur conception, sujet à éclatement, ce qui bride leur puissance. Il est donc naturel de chercher à proposer un dispositif moins cher et plus puissant. 1 Exposé de l'invention Le dispositif selon l'invention améliore la transmission de l'énergie du flux lumineux solaire incident à un fluide - liquide ou gazeux - sous forme de chaleur. II comporte en effet selon une première caractéristique deux grandes parties distinctes que sont le concentrateur et le convertisseur. Le concentrateur concentre la lumière venant du soleil sur le convertisseur qui l'absorbe et cède l'énergie ainsi reçue sous forme de chaleur au fluide qui circule en son sein. Field of the Invention The present invention is a device for concentrating light rays from the sun to heat a fluid. Such a device can be used in particular in a concentrating thermodynamic solar power plant for heating a heat transfer fluid (for example water, oil, molten salts or even air), which will be used to produce heat transfer fluid. 'electricity. The device can also be used for industrial installations or homes to provide industrial heat or hot water. STATE OF THE PRIOR ART Currently, certain thermodynamic solar power plants use parabolic trough concentrators to heat a coolant or a fluid intended to change phase (for example water that would turn into vapor). These current cylindro-parabolic concentrators consist of cylindro-parabolic mirrors that concentrate the sun's rays on a tube carrying a coolant. This tube is placed on the line composed of the focal points of the cylindro-parabolic mirror. It consists of two co-cylindrical transparent walls. A vacuum is made between the two walls to obtain a heat insulation of the tube. The fluid intended to absorb the light energy in the form of heat circulates inside the tube of smaller diameter. These tubes for heating the fluid on the focal line of the mirrors are difficult to build so expensive. In addition, they are, by design, subject to bursting, which limits their power. It is therefore natural to seek to offer a cheaper and more powerful device. SUMMARY OF THE INVENTION The device according to the invention improves the transmission of energy from the incident solar light flux to a fluid - liquid or gaseous - in the form of heat. It has in effect according to a first characteristic two large separate parts that are the concentrator and the converter. The concentrator concentrates the light coming from the sun on the converter which absorbs it and gives up the energy thus received in the form of heat to the fluid circulating in it.

Avant de procéder à la description du concentrateur, on procède à quelques rappels de géométrie afin de clarifier l'exposé et les termes employés ultérieurement. Une surface cylindro-parabolique est un cylindre dont toute section est parabolique. Chacune de ces sections paraboliques possède un point focal et un axe optique tous deux compris dans le plan de section. La ligne composée de l'ensemble de ces points focaux est appelée ligne focale. Le plan composé de l'ensemble des axes optiques est appelé plan optique. La surface cylindro-parabolique coupe l'espace en deux régions : l'une convexe, l'autre concave. Si un point est situé dans la partie convexe et en même temps dans le plan optique, on dira qu'il fait face à la surface cylindro-parabolique. Si un point est situé dans la partie concave et en même temps dans le plan optique, on dira qu'il est opposé à la surface cylindro-parabolique. Une surface matérielle finie sera dite avoir une forme cylindro-parabolique si elle est une partie d'une surface cylindro-parabolique géométrique idéale et infinie. Dans la suite de ce texte, on parlera de la largeur d'une surface matérielle finie de forme cylindroparabolique comme étant égale à la longueur de la forme obtenue par projection de ladite surface sur l'axe orthogonal au plan optique. En extrudant une des branches d'une hyperbole, on définit de façon analogue une surface cylindro-hyperbolique. 2 Le concentrateur du dispositif selon l'invention comporte un premier miroir, auquel il sera ultérieurement fait référence sous le nom de miroir primaire, de forme cylindro-parabolique, concave et tournant sa concavité vers le soleil. Le miroir primaire est symétrique par rapport à son plan optique et tel que sa projection sur un plan perpendiculaire à son plan optique soit un ensemble de rectangles. Le miroir primaire est maintenu aligné de façon à ce que le soleil soit compris dans son plan optique. Le concentrateur du dispositif selon l'invention comporte un deuxième miroir, auquel il sera ultérieurement fait référence sous le nom de miroir secondaire, de forme cylindro-hyperbolique, convexe et tournant sa convexité à l'opposé du soleil. Le miroir secondaire est symétrique par rapport à son plan optique et tel que sa projection sur un plan perpendiculaire à son plan optique soit un ensemble de rectangles. Le plan optique du miroir secondaire est confondu avec celui du miroir primaire. La largeur du miroir secondaire, prise dans la direction orthogonale au plan optique du miroir secondaire, est inférieure à la largeur du miroir primaire, prise dans la direction orthogonale au plan optique commun au miroir secondaire et au miroir primaire. De plus la ligne focale du miroir secondaire vers lequel le miroir primaire tourne sa concavité est confondue avec la ligne focale du miroir primaire. La lumière venant du soleil est constituée de rayons lumineux quasiment parallèles. Les rayons solaires incidents rencontrent d'abord le miroir primaire, concave, dont la forme cylindro-parabolique a pour propriété de réfléchir tout rayon lumineux parallèle au plan optique et frappant sa partie concave en un rayon réfléchi qui passe par sa ligne focale. Les rayons solaires sont donc ainsi réfléchis en des rayons lumineux pointant vers la ligne focale commune des miroirs primaire et secondaire. Avant d'atteindre cette ligne focale commune, il rencontre le miroir secondaire, convexe, dont la forme cylindro-hyperbolique a pour propriété de réfléchir tout rayon lumineux pointant l'une de ses lignes focales en un rayon réfléchi passant par son autre ligne focale. Ainsi, les rayons lumineux issus du miroir primaire sont réfléchis par le miroir secondaire et donnent naissance à des rayons passant par la ligne focale du miroir secondaire la plus éloignée du miroir secondaire. Ainsi disposés et alignés avec le soleil, les miroirs primaire et secondaire concentrent donc les rayons lumineux provenant du soleil sur la ligne focale du miroir secondaire la plus éloignée du miroir secondaire. Les rayons lumineux issus du miroir secondaire entrent alors, avant ou après avoir passé la ligne focale du miroir secondaire (2), dans le convertisseur. Le convertisseur est traversé par un fluide - gazeux ou liquide - dans la direction de la ligne focale du miroir primaire. Le convertisseur est partie intégrante d'un circuit plus vaste dans lequel circule ledit fluide. Before proceeding with the description of the concentrator, we make a few reminders of geometry in order to clarify the presentation and the terms used later. A cylindro-parabolic surface is a cylinder of which any section is parabolic. Each of these parabolic sections has a focal point and an optical axis both included in the section plane. The line composed of all these focal points is called the focal line. The plane composed of the set of optical axes is called the optical plane. The cylindro-parabolic surface intersects the space in two regions: one convex, the other concave. If a point is situated in the convex part and at the same time in the optical plane, we say that it faces the cylindro-parabolic surface. If a point is situated in the concave part and at the same time in the optical plane, it will be said that it is opposite to the cylindro-parabolic surface. A finite material surface will be said to have a cylindro-parabolic shape if it is a part of an ideal and infinite geometric parabolic parabolic surface. In the remainder of this text, the width of a finite material surface of cylindroparabolic shape will be discussed as being equal to the length of the shape obtained by projection of said surface on the axis orthogonal to the optical plane. By extruding one of the branches of a hyperbola, a cylindro-hyperbolic surface is similarly defined. 2 The concentrator of the device according to the invention comprises a first mirror, which will be referred to later as the primary mirror, of cylindro-parabolic shape, concave and turning its concavity towards the sun. The primary mirror is symmetrical with respect to its optical plane and such that its projection on a plane perpendicular to its optical plane is a set of rectangles. The primary mirror is kept aligned so that the sun is included in its optical plane. The concentrator of the device according to the invention comprises a second mirror, which will be referred to later as the secondary mirror, of cylindro-hyperbolic, convex shape and turning its convexity away from the sun. The secondary mirror is symmetrical with respect to its optical plane and such that its projection on a plane perpendicular to its optical plane is a set of rectangles. The optical plane of the secondary mirror is confused with that of the primary mirror. The width of the secondary mirror, taken in the direction orthogonal to the optical plane of the secondary mirror, is less than the width of the primary mirror, taken in the direction orthogonal to the optical plane common to the secondary mirror and the primary mirror. Moreover, the focal line of the secondary mirror towards which the primary mirror turns its concavity coincides with the focal line of the primary mirror. The light coming from the sun consists of almost parallel light rays. The incident solar rays first meet the concave primary mirror, whose cylindro-parabolic shape has the property of reflecting any light ray parallel to the optical plane and striking its concave portion in a reflected ray which passes through its focal line. The solar rays are thus reflected in light rays pointing to the common focal line of the primary and secondary mirrors. Before reaching this common focal line, he encounters the convex secondary mirror whose cylindro-hyperbolic form has the property of reflecting any light beam pointing one of its focal lines in a reflected ray passing through its other focal line. Thus, the light rays from the primary mirror are reflected by the secondary mirror and give rise to rays passing through the focal line of the secondary mirror furthest from the secondary mirror. Thus arranged and aligned with the sun, the primary and secondary mirrors thus concentrate the light rays coming from the sun onto the focal line of the secondary mirror furthest away from the secondary mirror. The light rays from the secondary mirror then enter, before or after passing the focal line of the secondary mirror (2), into the converter. The converter is traversed by a fluid - gas or liquid - in the direction of the focal line of the primary mirror. The converter is part of a larger circuit in which circulates said fluid.

Le convertisseur est positionné face au miroir secondaire et est symétrique par rapport au plan optique du miroir secondaire. Le convertisseur se présente comme une canalisation, de section approximativement rectangulaire et creuse, extrudée dans la direction de la ligne focale du miroir primaire. La face de cette canalisation en regard du miroir secondaire est composée de deux vitres disposées l'une sur l'autre et entre lesquelles est maintenu le vide pour assurer la calorifugation. Les autres faces de cette canalisation sont constituées d'une enveloppe externe assurant la calorifugation et d'une enveloppe interne de confinement mécanique qui assure la résistance à la pression exercée par le fluide sur ladite enceinte. The converter is positioned facing the secondary mirror and is symmetrical with respect to the optical plane of the secondary mirror. The converter is a channel of approximately rectangular and hollow section, extruded in the direction of the focal line of the primary mirror. The face of this pipe facing the secondary mirror is composed of two panes arranged one on the other and between which the vacuum is maintained to ensure the heat insulation. The other faces of this pipe consist of an outer casing providing heat insulation and an internal envelope of mechanical confinement which ensures the resistance to the pressure exerted by the fluid on said enclosure.

Le concentrateur comprend en son sein des plaques absorbantes qui sont parallèles entre elles mais également parallèles au plan optique commun des miroirs primaire et secondaire. Les plaques absorbantes sont parallèles à la direction de circulation du fluide qui coule au sein du convertisseur. Les rayons lumineux qui entrent dans convertisseur et atteignent les plaques absorbantes cède leur énergie lumineuse auxdites plaques qui à leur tout cèdent cette chaleur au fluide qui les baignent. Entre les arêtes des plaques absorbantes (4) les plus éloignées des vitres (8) et (9), à l'intérieur de l'enceinte de confinement (6), sont positionnés des réflecteurs (5) permettant aux rayons lumineux entrant par les vitres (8) et (9) et qui touchent directement les réflecteurs (5) d'être réfléchis sur les plaques absorbantes (4). The concentrator comprises within it absorbent plates which are parallel to each other but also parallel to the common optical plane of the primary and secondary mirrors. The absorbent plates are parallel to the flow direction of the fluid flowing within the converter. The light rays which enter the converter and reach the absorbing plates give up their luminous energy to the said plates, which all give up this heat to the fluid which bathes them. Between the edges of the absorbent plates (4) furthest from the panes (8) and (9), inside the confinement chamber (6) are positioned reflectors (5) allowing the light rays entering through the windows (8) and (9) and which directly touch the reflectors (5) to be reflected on the absorbent plates (4).

Le dispositif comporte également une structure composée d'une partie 2945857 -5- mobile et d'un bâti en contact avec le sol. La structure mobile maintient le concentrateur (comprenant les miroirs primaires et secondaires) et le convertisseur solidaires. Cette structure mobile repose sur le bâti au moyen d'une articulation permettant d'aligner la structure mobile avec le soleil, c'est à 5 dire de maintenir le soleil dans le plan optique commun des miroirs primaire et secondaire. On présente dans ce qui suit les modes particuliers de réalisation : 10 Mode particulier de réalisation 1 Selon un mode particulier de réalisation, chaque réflecteur (5) disposé entre deux plaques consécutives peut être composé d'une paire de miroirs rectangulaires faisant un angle, avec un plan orthogonal au plan optique commun des miroir primaire et secondaire, de respectivement moins un 15 sixième de Pi et un sixième de Pi. The device also comprises a structure consisting of a mobile part and a frame in contact with the ground. The mobile structure maintains the concentrator (including the primary and secondary mirrors) and the integral converter. This mobile structure rests on the frame by means of a hinge allowing to align the mobile structure with the sun, that is to say to maintain the sun in the common optical plane of the primary and secondary mirrors. The following particular embodiments are presented: Particular embodiment 1 According to a particular embodiment, each reflector (5) arranged between two consecutive plates may be composed of a pair of rectangular mirrors forming an angle, with a plane orthogonal to the common optical plane of the primary and secondary mirrors, of respectively one sixth of Pi and one sixth of Pi.

Mode particulier de réalisation 2 Selon un mode particulier de réalisation, la vitre la plus proche des plaques absorbantes peut être convexe et tourner sa convexité vers les 20 plaques afin de pouvoir supporter la pression du fluide confiné au sein du convertisseur entre les plaques. Particular embodiment 2 According to one particular embodiment, the window closest to the absorbent plates may be convex and turn its convexity towards the plates in order to be able to withstand the pressure of the fluid confined within the converter between the plates.

Mode particulier de réalisation 3 Selon un mode particulier de réalisation, les plaques absorbantes 25 peuvent être faîtes d'un matériau ayant un fort coefficient d'absorption de la lumière, une réflexion peu diffusive pour la partie de la lumière réémise, ainsi qu'une bonne tenue à la température dans des plages de températures de fonctionnement pouvant aller de 0°C à 1500°C. Le fluide s'écoulant entre les plaques du convertisseur est alors choisi de 30 manière à ce qu'il ait un faible coefficient d'absorption de la lumière. Les caractéristiques relatives à ce mode particulier de réalisation permettent aux rayons lumineux entrant dans le concentrateur d'être absorbés par les plaques absorbantes, l'énergie lumineuse captée est alors cédée sous forme de -6-chaleur au le fluide circulant entre les plaques. Particular embodiment 3 According to a particular embodiment, the absorbent plates 25 may be made of a material having a high absorption coefficient of light, a low diffusive reflection for the part of the reemitted light, and a good temperature resistance in operating temperature ranges from 0 ° C to 1500 ° C. The fluid flowing between the converter plates is then selected so that it has a low light absorption coefficient. The characteristics relating to this particular embodiment allow the light rays entering the concentrator to be absorbed by the absorbent plates, the captured light energy is then transferred in the form of heat to the fluid flowing between the plates.

Mode particulier de réalisation 4 Selon un mode particulier de réalisation, les plaques absorbantes peuvent être réalisées à l'aide d'un matériau ayant une forte capacité calorifique volumique et avoir une épaisseur suffisamment grande pour pouvoir emmagasiner la chaleur le jour et la restituer la nuit au fluide. Particular embodiment 4 According to one particular embodiment, the absorbent plates may be made using a material having a high heat capacity and have a sufficiently large thickness to be able to store the heat during the day and return it at night. to the fluid.

Présentation des figures Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente un croquis pour les rappels géométriques sur les surfaces cylindro-paraboliques. La figure 2 représente en coupe, le schéma optique du dispositif et le tracé des rayons lumineux provenant du soleil. La figure 3 représente en perspective réelle, la partie mobile du dispositif destinée à être alignée avec le soleil. La figure 4 représente en coupe, une réalisation particulière du convertisseur ainsi que les trajectoires des rayons lumineux. La figure 5 représente en perspective isométrique, une réalisation particulière du convertisseur. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings illustrate the invention: FIG. 1 represents a sketch for the geometric recalls on the cylindro-parabolic surfaces. Figure 2 shows in section, the optical diagram of the device and the pattern of light rays from the sun. Figure 3 represents in real perspective, the mobile part of the device intended to be aligned with the sun. FIG. 4 represents in section, a particular embodiment of the converter as well as the trajectories of the light rays. Figure 5 shows in isometric perspective, a particular embodiment of the converter.

La figure 6 représente en coupe, un détail du fonctionnement du convertisseur et la trajectoire des rayons lumineux en son sein. La figure 7 représente en coupe, une réalisation particulière de l'ensemble du dispositif avec la partie mobile orientée face au soleil. La figure 8 représente en perspective réelle, le positionnement accolé des miroirs primaire et secondaire et du convertisseur. -7- Exposé d'un mode de réalisation de l'invention En référence à ces dessins, le dispositif comporte deux grandes parties distinctes que sont le concentrateur et le convertisseur (3). Le concentrateur et le convertisseur sont maintenus solidaires par une structure mobile (10) qui pivote afin de suivre la course du soleil, laquelle repose sur un bâti (11) en contact avec le sol. Figure 6 shows in section, a detail of the operation of the converter and the path of the light rays within it. Figure 7 shows in section, a particular embodiment of the entire device with the moving part facing the sun. FIG. 8 shows, in real perspective, the positioning of the primary and secondary mirrors and the converter. SUMMARY OF THE INVENTION With reference to these drawings, the device comprises two large distinct parts, namely the concentrator and the converter (3). The concentrator and the converter are held together by a movable structure (10) which pivots to follow the path of the sun, which rests on a frame (11) in contact with the ground.

Nous décrivons maintenant les éléments constitutifs et le fonctionnement du concentrateur. Le rôle du concentrateur est de concentrer le flux énergétique des rayons lumineux en provenance du soleil. Cette concentration permettra ultérieurement de transformer la lumière au sein du convertisseur. L'invention comporte un miroir primaire (1) de forme cylindro-parabolique, concave et tournant sa concavité vers le soleil. Le miroir primaire (1) est symétrique par rapport à son plan optique et tel que sa projection sur un plan perpendiculaire à son plan optique soit un ensemble de rectangles. Le miroir primaire est maintenu aligné de façon à ce que le soleil soit compris dans son plan optique. Le concentrateur comporte un miroir secondaire (2) de forme cylindro- hyperbolique, convexe et tournant sa convexité à l'opposé du soleil. Le miroir secondaire (2) est symétrique par rapport à son plan optique et tel que sa projection sur un plan perpendiculaire à son plan optique soit un rectangle. Le plan optique du miroir secondaire (2) est confondu avec celui du miroir primaire (1). La largeur du miroir secondaire (2), prise dans la direction orthogonale au plan optique du miroir secondaire (2), est inférieure à la largeur du miroir primaire (1), prise dans la direction orthogonale au plan optique commun au miroir secondaire (2) et au miroir primaire (1). De plus la ligne focale du miroir secondaire (2) vers lequel le miroir primaire tourne sa concavité est confondue avec la ligne focale du miroir primaire (1). We now describe the constituent elements and the operation of the concentrator. The role of the concentrator is to concentrate the energy flow of the light rays coming from the sun. This concentration will subsequently transform the light in the converter. The invention comprises a primary mirror (1) of cylindro-parabolic shape, concave and turning its concavity towards the sun. The primary mirror (1) is symmetrical with respect to its optical plane and such that its projection on a plane perpendicular to its optical plane is a set of rectangles. The primary mirror is kept aligned so that the sun is included in its optical plane. The concentrator comprises a secondary mirror (2) of cylindro-hyperbolic shape, convex and turning its convexity opposite the sun. The secondary mirror (2) is symmetrical with respect to its optical plane and such that its projection on a plane perpendicular to its optical plane is a rectangle. The optical plane of the secondary mirror (2) coincides with that of the primary mirror (1). The width of the secondary mirror (2), taken in the direction orthogonal to the optical plane of the secondary mirror (2), is smaller than the width of the primary mirror (1), taken in the direction orthogonal to the optical plane common to the secondary mirror (2). ) and the primary mirror (1). In addition, the focal line of the secondary mirror (2) towards which the primary mirror turns its concavity coincides with the focal line of the primary mirror (1).

Dans cette partie on explique le fonctionnement du concentrateur. La figure 2 illustre le fonctionnement optique du concentrateur en explicitant la trajectoire des rayons lumineux. La lumière venant du soleil est constituée de 2945857 -8- rayons lumineux quasiment parallèles. Les rayons solaires incidents rencontrent d'abord le miroir primaire (1), concave, dont la forme cylindroparabolique a pour propriété de réfléchir tout rayon lumineux parallèle au plan optique et frappant sa partie concave en un rayon réfléchi qui passe par sa 5 ligne focale. Les rayons solaires sont donc ainsi réfléchis en des rayons lumineux pointant vers la ligne focale commune des miroirs primaire (1) et secondaire (2). Avant d'atteindre cette ligne focale commune, il rencontre le miroir secondaire (2), convexe, dont la forme cylindro-hyperbolique a pour propriété 10 de réfléchir tout rayon lumineux pointant l'une de ses lignes focales en un rayon réfléchi passant par son autre ligne focale. Ainsi, les rayons lumineux issus du miroir primaire (1) sont réfléchis par le miroir secondaire (2) et donnent naissance à des rayons passant par la ligne focale du miroir secondaire la plus éloignée du miroir secondaire (2). 15 Ainsi disposés et alignés avec le soleil, les miroirs primaire (1) et secondaire (2) concentrent les rayons lumineux provenant du soleil sur la ligne focale du miroir secondaire (2) la plus éloignée du miroir secondaire (2). La concentration des rayons lumineux par le dispositif est explicitée par les figures 2 et 3. 20 Les miroirs primaire (1) et secondaire (2) sont réalisés avec des miroirs classiques. Alternativement, il peuvent être réalisés avec des plaques métalliques (en acier inoxydable ou en aluminium) polies de façon à avoir les propriétés optiques d'un miroir, soit avec toute autre matière susceptible d'avoir un bon coefficient de réflexion. 25 II est à noter que le positionnement de la ligne focale du miroir secondaire (2) la plus éloignée de celui-ci, c'est-à-dire celle vers lequel le miroir secondaire (2) tourne sa concavité, est un choix industriel spécifique à une réalisation particulière. Dans le cas limite, lorsque cette ligne focale est rejetée très loin du miroir secondaire (2), ce dernier est assimilable à un miroir 30 parabolique. Dans ce mode de réalisation particulier, on choisit de situer la ligne focale du miroir secondaire (2) approximativement au niveau de la face du convertisseur (3) qui est en regard du miroir secondaire (2), comme présenté sur la figure 2. This part explains the operation of the concentrator. Figure 2 illustrates the optical operation of the concentrator by explaining the path of the light rays. The light coming from the sun consists of almost parallel luminous rays. The incident solar rays first encounter the concave primary mirror (1) whose cylindroparabolic shape has the property of reflecting any light ray parallel to the optical plane and striking its concave portion in a reflected ray which passes through its focal line. The solar rays are thus reflected in light rays pointing to the common focal line of the primary (1) and secondary (2) mirrors. Before reaching this common focal line, he encounters the convex secondary mirror (2) whose cylindro-hyperbolic shape has the property of reflecting any light beam pointing one of its focal lines into a reflected ray passing through its another focal line. Thus, the light rays from the primary mirror (1) are reflected by the secondary mirror (2) and give rise to rays passing through the focal line of the secondary mirror farthest from the secondary mirror (2). Thus arranged and aligned with the sun, the primary (1) and secondary (2) mirrors concentrate the light rays coming from the sun onto the focal line of the secondary mirror (2) furthest from the secondary mirror (2). The concentration of the light rays by the device is explained in FIGS. 2 and 3. The primary (1) and secondary (2) mirrors are made with conventional mirrors. Alternatively, they can be made with metal plates (stainless steel or aluminum) polished so as to have the optical properties of a mirror, or with any other material likely to have a good reflection coefficient. It should be noted that the positioning of the focal line of the secondary mirror (2) farthest from it, that is to say the one towards which the secondary mirror (2) turns its concavity, is an industrial choice specific to a particular embodiment. In the extreme case, when this focal line is rejected very far from the secondary mirror (2), the latter is comparable to a parabolic mirror. In this particular embodiment, it is chosen to locate the focal line of the secondary mirror (2) approximately at the level of the face of the converter (3) which is opposite the secondary mirror (2), as shown in FIG.

Nous décrivons maintenant les éléments constitutifs et le fonctionnement du convertisseur (3). Le but du convertisseur est de transformer en chaleur l'énergie lumineuse préalablement concentrée par les miroirs primaire (1) et secondaire (2) du concentrateur. Dans cette partie nous décrivons les éléments constitutifs du convertisseur (3). La figure 4 illustre bien l'intérieur du concentrateur. Celui-ci comporte des plaques parallèles espacées (4) constituées d'un matériau absorbant adapté. Sont adaptés des matériaux absorbants ayant un fort coefficient d'absorption de la lumière et ayant une réflexion plutôt peu diffusive pour la partie de la lumière réémise. Ce matériau doit d'autre part présenter une bonne résistance à la température car les températures de fonctionnement attendues peuvent aller de 50°C à 1500°C. On choisit dans ce mode de réalisation particulier des surfaces métalliques peintes en noir. Alternativement, on pourra utiliser des surfaces en céramique sombres, en carbone, etc. Le choix opéré pour le matériau absorbant lors de la réalisation industrielle sera fonction du régime de température du fluide (12) en fonctionnement, des contraintes économiques, etc. Entre ces plaques (4), circule un fluide (12) dans la fonction est de capter la chaleur et de l'acheminer hors du dispositif. Le choix du nombre de plaques à mettre dans le convertisseur fait également partie des choix à opérer lors de la réalisation industrielle : en effet en augmentant leur nombre on accroît l'absorption de la lumière mais on génère une perte de charge plus importante pour la circulation du fluide (12). We now describe the constituent elements and the operation of the converter (3). The purpose of the converter is to transform into heat the light energy previously concentrated by the primary mirror (1) and secondary (2) of the concentrator. In this part we describe the constituent elements of the converter (3). Figure 4 illustrates the inside of the concentrator. It comprises spaced parallel plates (4) made of a suitable absorbent material. Absorbent materials having a high absorption coefficient of light and having a rather low diffusive reflection for the portion of the re-emitted light are suitable. This material must, on the other hand, have good temperature resistance because the expected operating temperatures can range from 50 ° C. to 1500 ° C. In this particular embodiment, metal surfaces painted in black are chosen. Alternatively, it will be possible to use dark ceramic surfaces, carbon, etc. The choice made for the absorbent material during industrial production will depend on the temperature regime of the fluid (12) in operation, economic constraints, etc. Between these plates (4), circulates a fluid (12) in the function is to capture the heat and route it out of the device. The choice of the number of plates to be put in the converter is also part of the choices to be made during industrial production: by increasing their number, the absorption of light is increased but a greater pressure loss is generated for the circulation. fluid (12).

Des paires de miroirs de forme rectangulaire forment chacun des réflecteurs (5) disposés entre les extrémités des plaques absorbantes les plus éloignées des vitres (8) et (9). Les angles que font ces miroirs (5) avec un plan orthogonal au plan optique commun des miroir primaire (1) et secondaire (2), de respectivement moins un sixième de Pi et un sixième de Pi. Pairs of mirrors of rectangular shape each form reflectors (5) disposed between the ends of the absorbent plates furthest away from the panes (8) and (9). The angles made by these mirrors (5) with a plane orthogonal to the common optical plane of the primary mirror (1) and secondary mirror (2), respectively less than one sixth of Pi and one sixth of Pi.

Cet ensemble est confiné par une enceinte mécanique (6), supportant la pression du fluide (12), à son tour enveloppée dans une couche de calorifugation (7). L'enceinte mécanique (6), visible sur les figures 4 et 5, peut être réalisée 2945857 - 10 - en métal. Il peut s'agir d'une poutre creuse, découpée sur l'une de ces face ou d'un ensemble de plaques soudées entre elles. La rigidité des parois de l'enceinte mécanique (6) pourra être augmentée par l'ajout de nervures sur sa face extérieure. La rigidité pourra également être augmentée par des tiges 5 traversant le volume de l'enceinte et prenant appui sur celle-ci afin d'équilibrer les efforts de la pression du fluide (12) circulant à l'intérieur du convertisseur qui tendent à dilater l'enceinte de confinement mécanique (6). La couche de calorifugation (7) est, dans ce mode particulier de réalisation, une simple enveloppe de métal entourant l'enceinte mécanique (6) 10 de confinement. Entre les deux enceintes (6) et (7) est maintenu un vide qui assure une protection efficace contre le transfert thermique conducto-convectif. Sur la face interne de la paroi (7) est déposé une feuille d'aluminium destinée à bloquer le rayonnement radiatif. Sur le dessus du dispositif sont placées deux vitres, une vitre de 15 confinement (9) et une vitre (8) placée au dessus de façon à constituer un vide faisant office de résistance thermique. Ces vitres (8) et (9) laissent entrer les rayons lumineux réfléchis par le miroir secondaire (2). This assembly is confined by a mechanical enclosure (6), supporting the pressure of the fluid (12), in turn wrapped in a heat insulating layer (7). The mechanical enclosure (6), visible in FIGS. 4 and 5, can be made of metal. It may be a hollow beam, cut on one of these faces or a set of plates welded together. The rigidity of the walls of the mechanical enclosure (6) can be increased by the addition of ribs on its outer face. The rigidity may also be increased by rods 5 passing through the volume of the chamber and bearing on it to balance the forces of the pressure of the fluid (12) flowing inside the converter which tend to expand the pressure. mechanical containment enclosure (6). The heat-insulating layer (7) is, in this particular embodiment, a simple metal envelope surrounding the mechanical enclosure (6) 10 confinement. Between the two enclosures (6) and (7) is maintained a vacuum which provides effective protection against conducto-convective thermal transfer. On the inner face of the wall (7) is deposited an aluminum foil for blocking the radiative radiation. On the top of the device are placed two panes, a containment pane (9) and a pane (8) placed above it to form a vacuum acting as a thermal resistance. These windows (8) and (9) let in the light rays reflected by the secondary mirror (2).

Dans cette partie nous décrivons le fonctionnement du convertisseur (3). 20 Celui-ci est illustré par la figure 6. Chaque rayon lumineux issu du miroir secondaire (2) entre dans le convertisseur (3) par les vitres (8) et (9). Il atteint soit directement une plaque absorbante (4) soit un miroir (5) qui le renvoie vers une plaque absorbante (4). Les plaques absorbantes (4) ont un comportement à la fois absorbants, réfléchissants et diffusantes. Un rayon incident voie une 25 partie de son énergie absorbée et transformée en chaleur. Cette chaleur est ensuite cédée au fluide (12) qui circule entre les plaques. Une grande partie de l'énergie non absorbée est réémise sous forme d'un rayon réfléchi, l'autre est réémise dans toutes les directions du demi-espace délimité par la surface de réflexion réfléchi. Après avoir atteint la paroi absorbante, l'énergie non 30 absorbée forme un ensemble de rayons qui frapperont la paroi opposée et ainsi de suite jusqu'à qu'il y ait absorption complète ou que les rayons parviennent à s'échapper par les vitres. 2945857 - 11 - Une structure mobile (10) maintient les éléments du concentrateur (à savoir les miroirs primaire (1) et secondaire (2)) ainsi que le convertisseur (3) face au soleil. Cette structure mobile, visible sur les figures 3, 6 et 7, suit la course du soleil tout au long de la journée. Plus précisément, elle est toujours 5 orientée de façon à ce que le soleil soit dans le plan optique commun des miroirs primaire (1) et secondaire (2). In this part we describe the operation of the converter (3). This is illustrated in FIG. 6. Each light ray coming from the secondary mirror (2) enters the converter (3) through the windows (8) and (9). It reaches either directly an absorbing plate (4) or a mirror (5) which returns to an absorbing plate (4). Absorbent plates (4) have both absorbent, reflective and diffusing behavior. An incident ray sees part of its energy absorbed and converted into heat. This heat is then transferred to the fluid (12) flowing between the plates. Much of the unabsorbed energy is re-emitted as a reflected ray, the other is re-emitted in all directions of the half-space delimited by the reflected reflective surface. After reaching the absorbent wall, the unabsorbed energy forms a set of rays that will hit the opposite wall and so on until there is complete absorption or the rays manage to escape through the panes. 2945857 - 11 - A movable structure (10) holds the concentrator elements (namely the primary (1) and secondary (2) mirrors) and the converter (3) facing the sun. This mobile structure, visible in Figures 3, 6 and 7, follows the course of the sun throughout the day. More precisely, it is always orientated so that the sun is in the common optical plane of the primary (1) and secondary (2) mirrors.

Elle est construite de façon à être à la fois légère et résistante. En effet, tout surpoids induit une dépense d'énergie pour mouvoir la partie mobile (10). 10 D'autre part, la pression du vent sur le miroir (10) peut-être grande. La structure mobile (10) doit donc être suffisamment rigide pour pouvoir garantir que le profil du miroir ne se déforme que très peu et que son orientation reste stable. La structure mobile (10) peut être réalisée au moyen d'éléments métalliques tels des tubes, des poutres courbées ou encore des plaques 15 découpées. It is built so as to be both light and resistant. Indeed, any overweight induces an expenditure of energy to move the movable portion (10). On the other hand, the wind pressure on the mirror (10) may be large. The mobile structure (10) must therefore be sufficiently rigid to be able to guarantee that the profile of the mirror deforms very little and that its orientation remains stable. The movable structure (10) can be made by means of metal elements such as tubes, curved beams or cut plates.

La structure mobile prend appui sur un bâti (11). Ce bâti (11) pourra être une structure métallique faite de poutrelles métalliques assemblées entre elles et s'appuyant par exemple sur des fondations en béton en contact avec le sol. 20 Le bâti (11) est une structure résistante qui soutient le poids de la structure mobile (10) et s'oppose aux forces que le vent exerce sur la partie mobile (10). L'articulation qui relie la partie mobile (10) au bâti (11) permet donc l'orientation de la structure mobile (10) avec le soleil et peut être réalisé au moyen de roulements à rouleaux. 25 Le dispositif ainsi décrit peut constituer un module. De tels modules peuvent être assemblés en série de façon à ce que les convertisseurs (3) soient alignés entre eux, dans le sens de l'axe optique des miroirs (1) et (2). Ainsi assemblés le fluide (12) peut circuler sur toute la longueur de la rangée 30 de modules, avant de rejoindre un circuit plus vaste. Une telle disposition, illustrée par la figure 8, est utilisable pour constituer des champs de capteurs solaires pour une centrale solaire thermodynamique. - 12 - Récapitulatif des numéros des parties caractéristiques du dispositif: The mobile structure is supported on a frame (11). This frame (11) may be a metal structure made of metal beams assembled together and supported for example on concrete foundations in contact with the ground. The frame (11) is a strong structure that supports the weight of the movable structure (10) and opposes the forces that the wind exerts on the moving part (10). The joint that connects the movable portion (10) to the frame (11) thus allows the orientation of the movable structure (10) with the sun and can be achieved by means of roller bearings. The device thus described may constitute a module. Such modules can be assembled in series so that the converters (3) are aligned with each other in the direction of the optical axis of the mirrors (1) and (2). Thus assembled the fluid (12) can flow over the entire length of the row 30 of modules, before joining a larger circuit. Such an arrangement, illustrated by FIG. 8, can be used to form solar collector fields for a thermodynamic solar power station. - 12 - Summary of the numbers of the characteristic parts of the device:

1 : Miroir primaire 2 : Miroir secondaire 3: Convertisseur 4 : Plaques absorbantes 5: Réflecteurs 6 : Paroi de calorifugation du convertisseur 10 7 : Enceinte de confinement du convertisseur 8 : Vitre supérieure du convertisseur 9 : Vitre inférieure du convertisseur : Structure mobile 11 : Bâti 12 : Fluide Indication de la manière dont l'invention est susceptible d'application industrielle Le dispositif selon l'invention est naturellement utilisable comme source chaude pour tout appareil thermodynamique. A ce titre, il peut être employé pour la réalisation de centrale thermique solaire produisant de l'électricité. Le fluide alors employé peut être soit un 25 fluide destiné à changer de phase (par exemple de l'eau) soit un caloporteur (huile, sels fondus, air). Le présent dispositif peut également être employé pour fournir de l'eau chaude à des habitations individuelles ou collectives. Enfin le dispositif selon l'invention peut fournir de la chaleur industrielle à 30 des installations industrielles de type cimenterie, unité de désalinisation, etc. 1: Primary Mirror 2: Secondary Mirror 3: Converter 4: Absorber Plates 5: Reflectors 6: Inverter Insulator Wall 10 7: Converters Confinement Enclosure 8: Converter Top Glass 9: Inverter Bottom Glass: Mobile Structure 11: Frame 12: Fluid Indication of how the invention is susceptible of industrial application The device according to the invention is naturally usable as a hot source for any thermodynamic device. As such, it can be used for the realization of solar thermal power plant producing electricity. The fluid then employed can be either a fluid intended to change phase (for example water) or a coolant (oil, molten salts, air). The present device can also be used to provide hot water to individual or collective dwellings. Finally, the device according to the invention can supply industrial heat to industrial plants such as cement plants, desalination units, etc.

Claims

1) I claim the device for transmitting the energy of the incident solar light flux to a fluid (12) - liquid or gaseous - in the form of heat characterized in that it comprises, firstly, a primary mirror (1) of form cylindro-parabolic, concave, turning its concavity toward the sun, symmetrical with respect to its optical plane, such that the sun is included in its optical plane, and such that its projection on a plane perpendicular to its optical plane is a set of rectangles , secondly, a secondary mirror (2) of cylindro-hyperbolic, convex shape, turning its convexity away from the sun, symmetrical with respect to its optical plane, of width less than that of the primary mirror (1), such that its projection on a plane perpendicular to its optical plane is a set of rectangles, such that its optical plane is confused with that of the primary mirror (1) and such that the focal line towards which it turns its concavity so it coincides with the focal line of the primary mirror (1), thirdly, a converter (3), traversed by a fluid (12), gaseous or liquid, in the direction of the focal line of the primary mirror (1), which converter ( 3) is part of a larger circuit in which circulates said fluid (12), which converter (3) is positioned facing the secondary mirror (2), symmetrical with respect to the optical plane of the secondary mirror (2); which converter is a pipe, of approximately rectangular and hollow section, extruded in the direction of the focal line of the primary mirror (1), such that the face of this pipe facing the secondary mirror (2) is composed of two panes (8) and (9) arranged on one another and between which is maintained the vacuum to ensure the heat insulation, and such that the other faces of this pipe consist of an outer shell of heat insulation (7) and an internal mechanical confinement envelope (6), which concentrator comprises, within it, absorbing plates (4) parallel to one another, parallel to the common optical plane of the primary (1) and secondary (2) mirrors and therefore parallel to the direction of fluid circulation (12) and reflectors (5) positioned between the edges of the most distant absorbent plates (4); neux entering through the panes (8) and (9) and which directly affect the reflectors (5) to be reflected on the absorbent plates (4), fourth, a movable structure (12) now integral with the aforementioned parts (ie the primary (1) and secondary (2) mirrors as well as the converter (3)) and fifth, a frame (11) in contact with the ground and supporting the movable structure (11) by means of a hinge for aligning the mobile structure with the sun, ie to maintain the sun in the common optical plane of the primary (1) and secondary (2) mirrors.

2) I claim the device according to claim 2 characterized in that each reflector (5) disposed between two consecutive absorbent plates (4) may be composed of a pair of rectangular mirrors at an angle, with a plane orthogonal to the common optical plane primary (1) and secondary (2) mirrors, respectively less than one-sixth of Pi and one-sixth of Pi.

3) I claim the device according to claim 2 or claim 3 characterized in that the pane (9) closest to the absorbent plates (4) is convex and turns its convexity to the plates (4) to be able to withstand the pressure of the fluid (12) confined between the plates (4).

4) I claim the device according to any one of the preceding claims characterized in that the plates (4) of the converter (3) are made of a material having a high absorption coefficient of light, a low diffusive reflection for the portion of the re-emitted light and a good temperature resistance in operating temperature ranges from 0 ° C to 1500 ° C and that the plates (4) are used with a fluid (12) having a low absorption coefficient of light; these characteristics allowing the light rays entering the concentrator (3) to pass through the fluid (12) to be absorbed by the plates (4) after having possibly been reflected by the mirrors (5) of the bottom of the converter (4). which then transform this luminous energy into heat and yield this heat to the fluid (12).

5) I claim the device according to any one of the preceding claims characterized in that some of the absorbent plates (4) can be made using a material having a high heat capacity volume and have a sufficiently large thickness to be able to store the heat during the day and return it to the fluid at night (12).