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Ner
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DES
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SEMI
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Rayon
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2510272A1
Family ID 1995547
Probable Assignee Perrier Jean
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title FOCALISEUR SEMI-STATIQUE FRESNEL A MIROIRS CROISES
Abstract
_________________________________________________________________
The invention relates to optical instruments allowing to hold in a
fixed position the pseudofocal optical image of a moving radiation
source, or vice versa, to obtain orientable emerging beams of parallel
rays, from a quasi-punctual light source. It comprises two frames
arranged as a reentering dihedron, two Fresnel-steps mirrors with
cylindrical parabolic effect and crossed axes, articulations on the
steps allowing to make them rotate about axes of fixed direction in
each frame, one control for each frame allowing equal rotation motions
of the steps, one servo-control for said control by means of a
differential thermostat and a reciprocating motor and, according to
the case, one energy sensor or one irradiating source. Among the most
interesting applications of the invention, it may be mentioned the
collection of solar energy by the tracking method, the remote location
of moving objects, the optical signalling, the making of test chambers
with artificial sun.
L'INVENTION CONCERNE LES INSTRUMENTS OPTIQUES PERMETTANT DE MAINTENIR
EN POSITION FIXE L'IMAGE OPTIQUE PSEUDO-FOCALE D'UNE SOURCE RADIATIVE
MOBILE OU INVERSEMENT D'OBTENIR DES FAISCEAUX EMERGEANTS ORIENTABLES
DE RAYONS PARALLELES A PARTIR D'UNE SOURCE LUMINEUSE QUASI-PONCTUELLE.
IL COMPREND DEUX CADRES D'OSSATURE PLACES EN DIEDRE RENTRANT, DEUX
MIROIRS A ECHELONS DE FRESNEL D'EFFET CYLINDRO-PARABOLIQUE A AXES
CROISES, DES ARTICULATIONS SUR LES ECHELONS PERMETTANT DE LES FAIRE
TOURNER AUTOUR D'AXES DE DIRECTION FIXE DANS CHAQUE CADRE, UNE
COMMANDE PAR CADRE AUTORISANT DES MOUVEMENTS DE ROTATION EGAUX DES
ECHELONS, UN ASSERVISSEMENT DE CETTE COMMANDE PAR THERMOSTAT
DIFFERENTIEL ET MOTEUR ALTERNATIF, ET SELON LE CAS, UN CAPTEUR
ENERGETIQUE OU UNE SOURCE IRRADIANTE.
PARMI LES APPLICATIONS LES PLUS INTERESSANTES DE L'INVENTION, ON PEUT
CITER LA RECUPERATION DE L'ENERGIE SOLAIRE PAR POURSUITE, LE
TELEREPERAGE D'OBJETS MOBILES, LA SIGNALISATION OPTIQUE, LA CONFECTION
DE CHAMBRES D'ESSAIS A SOLEIL ARTIFICIEL.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un instrument du type concentrateur de
radiations optiques permettant de maintenir en position stable le
foyer de concentration quand la source radiative emettant des rayons
paralleles se
deplace ou inversement d'emettre des rayons paralleles de direction
contr 6-
lable a partir d'une source quasi ponctuelle. Le domaine technique de
l'invention s'etend a l'ensemble de l'optique, aux procedes de
reperage directionnels et mesure d'intensite d'une source radiative, a
l'emission de rayonnements paralleles de coordonnees spheriques
variables et aux systemes de captation industriels d'energie solaire.
Dans la technique actuelle, la stabilisation de l'image d'une source
radiative lointaine comme le soleil est obtenue par differents
procedes
essentiellement des heliostats plans disposes en champ pour les
installa-
tions de grosse puissance ou des miroirs concaves montes sur equipages
mobiles tournant autour de leur foyer Ces systemes ont l'inconvenient
d'exiger le mouvement de pieces volumineuses et mal profilees
aerodynami-
quement donc instables dans le vent.
Des ameliorations ont ete apportees en remplacement de cylindres para-
boliques en utilisant des miroirs de Fresnel longilignes a axes
paralleles
soit fixes s'ils sont disposes sur un profil de coupe circulaire, soit
mo-
biles autour de leur axe longiligne avec decalages angulaires
constants.
Les premiers ont l'inconvenient d'exiger que le lieu de focalisation
reste lui-meme sur le profil circulaire; les deux systemes ont le
desavantage majeur de concentrer l'energie lineairement sur une source
lineaire ce qui presente de graves problemes d'eclairement incomplet
des que la source n'est pas dans le plan meridien des miroirs et de
concentration insuffisante par
rapport aux systemes concaves a foyer concentre en trois dimensions.
Le nouveau systeme permet d'obtenir la stabilite du foyer de
radiations
concentrees a l'aide de tres faibles mouvements de pieces petites a
l'inte-
rieur de cadres fixes sans avoir a deplacer l'ensemble du systeme
reflechis-
sant et il resoud la majorite des problemes de concentration maximale
sur le foyer. La presente invention est remarquable en ce qu'elle
associe d'une part un chassis fixe siqpport et deux ensembles
reflechissants portes par le chassis com oses chacun d un cadre
et de miroirs plans mobiles relies par un systeme de memes
deplacements angu-
laires d'un type quelconque autour d'axes paralleles fixes sur deux
cotes
du cadre a partir d'une position de repos pour laquelle les miroirs
sont ca-
les en echelons du miroir de Fresnel equivalent a un miroir
cylindroparabo-
lic concave de meme foyer optique lineaire sous radiations incidentes
pa-
ralleles, et d'autre part les systemes de commande manuels ou
motorises des 2- systemes de deplacements angulaires communs des jeux
de miroirs, chacun des ensembles cadre-miroirs etant dispose de telle
maniere que les directions des axes de rotation des deux systemes de
miroirs associes soient perpendiculaires entre eux dans l'espace et
que les rayons reflechis par l'un des ensembles soient totalement ou
partiellement interceptes par l'autre. La presente invention est aussi
remarquable en ce que dans une de ses formes les miroirs des systemes
sont cales en position de repos par le systeme de mames deplacements
angulaires par blocage desserable permettant de modifier
la position geographique du foyer pour la meme direction de rayons
incidents.
La presente invention est aussi remarquable en ce que dans une de ses
formes sont installes au foyer de pseudo-focalisation un thermostat
differen-
tiel electrique, fluidique ou opto-electronique captant l'effet
differentiel de la temperature ambiante et du rayonnement,et sur le
systeme de deplacement
angulaire d'un des systemes de miroirs une commande motorisee
electrique, ma-
gnetique, fluidique ou quelconque imprimant aux miroirs un mouvement
angulaire
alternatif balayant tout le champ angulaire de la course de la source
de ra-
diations mobile, le thermostat differentiel interrompant, par coupure
directe
ou assistee et des lors qu'il recoit et absorbe le pinceau de
radiations foca-
lisees, l'energie d'alimentation de la commande motorisee-du
deplacement.
La presente invention est aussi remarquable en ce que dans une de ses
formes les deux ensembles de cadre-miroirs sont motorises et equipes
de ther-
mostats differentiels independants controlant l'energie de
motorisation.
La presente invention est aussi remarquable en ce que dans une de ses
formes est installe au foyer avec ou sans le thermostat differentiel
precite un ensemble de cellulesphotoelectriques voltaiques regroupees
ou non,ou un
echangeur d'energie thermo-absorbant a fluide,transformant et rendant
utili-
sable l'energie de radiation concentree au foyer par le jeu
dessystemes optiques d'ensemble. La presente Invention est aussi
remarquable en ce que dans une de ses
formes est installee au foyer une source radiative d'un type
quelconque elec-
tric ou non dont les rayons incidents sont transformes par l'appareil
en
faisceau de rayons paralleles orientables au gre de la commande des
deux sys-
temes de deplacement angulaires dans toutes les directions de
l'espace.
L'instrument appele focaliseur semi-statique de Fresnel a miroirs
croises perpendiculairement est represente dans l'une de ses formes
par une planche
de dessin comportant les figures 1, 2 et 3.
Suivant Figure 1 qui represente l'une des formes les plus completes de
l'invention, les rayons 1 recus d'une source lointaine sont reflechis
par le
miroir echelon Fresnel 2 du premier systeme cadre-miroirs formes du
cadre 4 -
prenant appui sur le bati trepied 5 Les miroirs 2 tournent autour des
axes paralleles 3 et sont relies-par un parallelogramme deformable 5
assurant une meme rotation des miroirs 2 dont le calage primitif
concentre les rayons 1 sur une focale lineaire-15 Cet ensemble ne fait
pas partie de la nouveaute -.3- puisqu'il est du domaine public
Toujours suivant Figure 1, le rayon reflechi
7 du rayon 1 est recu par le miroir 8 du deuxieme ensemble cadre
miroir asso-
ciant les miroirs 8, le cadre 10 et les axes de rotation 9 dont la
particula-
rite suivant l'invention est d'etre perpendiculaires en direction a
celle des axes 3 Le calage du miroir 8 sur son systeme de meme
deplacement angulaire Il est tel qu'au repos de reglage le rayon 7 est
reflechi buivant le rayon 13 sur le thermostat differentiel 16 et le
capteur 17 qui forment une cible fixe centree sur le point de
convergence theorique 18 Tous les miroirs 2 et
8 sont cales au repos de reglage sur les cibles 15 et 18 et forment
des eche-
lons Fresnel de deux miroirs concaves cylindro-paraboliques d'axes
perpendi-
culaires etant entendu que ce systeme croise beneficie des proprietes
physi-
ques explicitees suivant Figure 2 et Figure 3.
Suivant Figure 2, les perpendiculaires au miroir 2 sont dans le plan
de cette figure et d'apres l'egalite des angles d'incidence et de
reflexion sur un miroir, il est-possible de caler chaque miroir 2 pour
faire converger 7 sur la cible 15 Si les rayons 1 tournent en
projection d'un angle determine il suffit de faire tourner les miroirs
2 de la moitie de cette rotation pour ramener l'image de la source
lointaine a travers l'ensemble des miroirs 2 sur
la droite dont la trace est le point cible 15.
Suivant Figure 3, on constate que puisque 2 est un miroir-plan, les
rayon reflechis 7 des rayons 1 tombant sur un miroir 2 restent
paralleles entre eux
et en etendent l'expose qui vient d'etre fait pour le premier ensemble
cadre-
miroirs au second On constate, suivant Figure 3 qu'il est possible de
caler les miroirs 8 pour qu'en projection les rayons 13 reflechis de 7
convergent sur la projection de 18 Ainsi, suivant l'ensemble des
Figures 2 et 3, l'image de la source lointaine emettant les rayons 1
est a travers le premier ensemble cadre-miroir une portion de la
droite focale 1 5 parallele aux axes 3 et grace a la perpendicularite
des directions des axes 3 et 9 de l'invention, cette
-portion lineaire a pour image la cible quasi-ponctuelle 18.
Suivant Figure 3, on constate aussi que si la source se deplace et
emet
des rayons 20 decales de la direction des rayons 1, les rayons 13 se
trans-
forment en rayons 21 qui ne convergent plus sur la cible 18 et
n'echauffent plus le thermostat differentiel 15 qui se refroidit et
ferme par contact le circuit d'alimentation energetique du moteur 22
de commande du parallelogramme
deformable 12 Les miroirs 8 se mettent a osciller alternativement dans
l'an-
gulation 23 calculee pour que la convergence en 18 des rayons 1
suivant Figure,3 soit toujours possible Quand le faisceau des rayons
21 vient a passe: 4- devant la cible 18, le thermostat differentiel
ouvre le circuit d'alimentation du moteur 22 et le systeme s'arrete en
position stable devant le capteur 16 qui recupere l'energie a un tres
haut niveau de concentration et le transmet au
systeme d'utilisation non represente sur les Figures de la planche.
L'application a deux thermostats permet evidemment de controler la
focalisation aussi bien en hauteur qu'azimuth sideraux Il est evident
qu'en raison du principe de retour inverse de la lumiere si une source
irradiante est plac 6 e en 18, ses rayons sont transformes en rayons
paralleles 1 dont la hauteur et l'azimuth astraux sont controlables a
volonte en commandant les
systemes 5 et 12.
De maniere industrielle, l'appareil est utilisable de manieres
multiples
puisqu'il s'adapte a toutes radiations Dans le domaine de la
production 4 ner-
getique c'est un capteur a concentration de poursuite du soleil; il
travaille independamment de la position du chassis fixe et se-fixe sur
toute paroi Dans le domaine des reperages et mesures, il peut
s'adapteur a des emetteurs varies, les miroirs peuvent etre des
antennes reflechissantes, et associe a une mesure des vitesses de
propagation d'ondes, il s'integre au systeme de suivi d'engins mobiles
Dans le domaine des essais de materiel de captation d'energie, il
permet de realiser des chambres solaires artificielles a eclairages
paralleles
orientables et sans ondes composees transversales a l'onde principale.
25102-72
-
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS1 Ensemble optique de deux cadres d'ossature fixes sur
un chassis fixe, associes d'une part a deux miroirs de Fresnel plans a
effet de focalisationlineaire cylindro-parabolique par echelons
reflechissants elementaires d'in-clinaison progressive, mobiles autour
d'axes rectilignes et paralleles portes par les cadres, et d'autre
part par des systemes de commande d'equi-angulation des rotations des
echelons de chaque miroir de Fresnel, caracterise par le fai que les
plans des cadres forment un diedre rentrant reflechissant et que la di
rection des axes de rotation des echelons reflechissants du premier
cadre estperpendiculaire a la direction des axes de rotations des
echelons reflechis-sants du deuxieme cadre. 2 Ensemble optique selon
la revendication 1 caracterise par le fait que le systeme de commande
d'equi-angulation est relie aux echelons par un systemede blocage
desserable et serrable. 3 Ensemble optique selon les revendications 1
ou 2 caracterise par lefait qu'a un des miroirs de Fresnel sont
associes une commande motorisee al-ternative sans fin d'angulation des
echelons, une alimentation energetique decette commande independante
et un thermostat differentiel asservissant l'ouver-ture de cette
alimentation place a l'endroit de focalisation fixee. 4 Ensemble
optique selon la revendication 3 caracterise par le fait que l'autre
miroir de Fresnel est associe a une commande motorisee alternative
sans fin d'angulation des echelons, une alimentation energetique de
cette commande independante et un thermostat differentiel asservissant
l'ouverture de cettealimentation place a l'endroit de Localisation
fixee.Ensemble optique selon les revendications 1, 2, 3 et 4,
caracterisepar le fait qu'est associe un ensemble de captation de
l'energie focaliseedu type a cellules voltaiques ou a absorbeur
thermo-fluide. 6 Ensemble optique selon les revendications 1 et 2
caracterise par lefait qu'y sont associes une source irradiante
quasi-ponctuelle placee au foyeret emettant vers l'ensemble du premier
miroir de Fresnel et un systeme de con-tr 6 le manuel ou asservi des
systemes de commande d'equi-angulation des echelons 7 Ensemble optique
selon la revendication 1 ou 6 caracterise par lefaitque les echelons
des miroirs de Fresnel sont des antennes de propagation a ef-fet
reflechissant adaptees a la longueur d'onde des radiations.
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