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POLYCARBONATE
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Rayon
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Gene Or Protein
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ETRE
(6)
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Est A
(1)
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Molecule
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WATER
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2513746A1
Family ID 8020713
Probable Assignee Europ Propulsion
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title STRUCTURE A CONCENTRATION POUR LA RECUPERATION DE L'ENERGIE
SOLAIRE
EN Title SOLAR COLLECTOR FOR ENERGY STORAGE UNIT - USES PARABOLIC
SECTION POLYCARBONATE CONTAINER WITH WATER FILLING TO FORM REFLECTING
SURFACE TO FOCUS SUN ONTO WORKING FLUID
Abstract
_________________________________________________________________
LA SURFACE DE REFLEXION DE CETTE STRUCTURE SUR LAQUELLE LE RAYONNEMENT
SOLAIRE INCIDENT EST REFLECHI POUR ETRE CONCENTRE SUR UN MILIEU DE
STOCKAGE D'ENERGIE EST CONSTITUEE PAR L'INTERFACE 3 DE DEUX MILIEUX
REFRINGENTS 2, 10 ASSURANT LA REFLEXION TOTALE DU RAYONNEMENT
INCIDENT.
LA STRUCTURE EST AVANTAGEUSEMENT CONSTITUEE DE PAROIS TRANSPARENTES
DELIMITANT:
-UNE ENCEINTE DE REFLEXION 1, REMPLIE D'UN LIQUIDE, ET A SURFACE DE
REFLEXION TOTALE A SECTION PARABOLIQUE;
-UNE ENCEINTE DE CONFINEMENT 13 DU MILIEU DE STOCKAGE D'ENERGIE, ET
-UNE ENCEINTE 12 RENFERMANT UN MATELAS D'AIR.
The appts. has a reflective surface on a support structure to reflect
incident sun rays to concentrate them onto a storage medium. The
reflective surface is constituted from the interface between two
refractive media, assuring total reflection of the incident rays. The
base of the reflector (3) is formed as a parabolic section and has a
working fluid in a cylindrical duct (14) with its axis on the focus
(5) of the reflector. An insulating air chamber (12) is formed by a
transparent cover over the wall of the working fluid cylinder facing
the sun. One of the refractive media (2) - for example water - is
retained in a transparent polycarbonate container (3) with the outer
wall part of the parabolic reflector and having an inner wall
following the outer wall, while having an upper face (8) facing square
on to the direction of the mid-day solar rays.
Description
_________________________________________________________________
Structure concentration pour la recuperation de l'energie solaire
La presente invention concerne une structure a concentration pour la
recuperation de l'energie solaire, structure du type comportant une
surface de reflexion sur laquelle le rayonnement solaire incident est
reflechi pour etre concentre sur un milieu de stockage d1 energie.
De telles structures font appel aux surfaces aluminisees ou argentees
pour former des miroirs permettant la concentration du rayonnement
incident I1 en resulte un prix de revient couteux qui s'oppose a la
proliferation de telles structures, notamment a des fins domestiques.
Le but de 1 invention est de pallier cet inconvenient et de proposer
une structure ne comportant pas de miroir.
Ce but est atteint conformement a l'invention du fait que la surface
de reflexion est constituee par l'interface de deux milieux
refringents assurant la reflexion totale du rayonnement incident.
En effet, au sein d'un milieu refringent, solide ou liquide, un
pinceau lumineux est soumis aux lois de l'Optique geometrique. Aux
confins delta surface limitee par le premier milieu refringent, le
pinceau lumineux peint etre totalement reflechi si l'angle d'in-
cidence dans le premier milieu refringent, est tel que son sinus soit
superieur ou egal a l/n, n etant l'indice de refraction du premier
milieu refringent par rapport au second milieu refringent.
L'objet de cette structure optique re- side dans la presence d'un
milieu refringent (l'water, par exemple, mais ce pourrait etre un
milieu solide transparent, comme le verre ou un materiau plastique)
destine uniquement a assurer la reflexion du rayonnement incident. A
travers la reflexion limite qui se manifeste aux confins du volume du
premier milieu, ce dernier ne sert que de support au phenomene
physique, et non de stockage d'energie.
Avantageusement, le premier.milieu refringent dans lequel penetre le
rayonnement incident,-est dispose de maniere a ne pas sensiblement
devier -ledit rayonnement lors de sa penetration.
Avantageuseme-nt, le premier milieu refringent, dans lequel penetre le
rayonnement incident est dispose de maniere ne pas sensiblement devier
redit rayonnement, lors de sa sortie dudit milieu apres reflexion
totale.
Ces deux dispositions ne sont nullement critiques, et permettent
simplement de faciliter l'ela- boration d'une structure nouvelle en
simplifiant le cheminement des rayons lumineux.
Avantageusement, le milieu de stockage d'energie est separe du premier
milieu refringent, dans lequel penetre le rayonnement incident, par un
matelas d'air. Ce matelas, ou lame d'air, de faible volume, permet de
profiter de l'effet de serre.
Avantageusement, le milieu de stockage d'energie est accessible au
rayonnement solaire direct, en plus du rayonnement solaire reflechi
par la surface de reflexion.
Avantageusement, un meme matelas d'air a couverture transparente est
interpose entre le milieu de stockage d'energie et le rayonnement
solaire direct et reflechi.
Dans un premier mode de realisation, le milieu de stockage d'energie
est constitue par un fluide caloporteur confine dans une enceinte
transparente.
Dans un second mode de realisation, le milieu de stockage d'energie
est constitue par un fluide-caloporteur confine dans une enceinte
opaque.
Avantageusement, la surface de reflexion est une surface a section
sensiblement p-arabolique En d'autres termes, la surface
reflechissante est constituee par une partie d'un parabololde de
revolution, ou par une partie d'une surface cylindrique droite a base
parabolique. Ces deux surfaces permettent une focalisation
respectivement ponctuelle ou lineaire de 1 'ener- gie reflechie, mais
bien entendu, d'autres surfaces conviennent.
La structure cylindrique a base parabolique est plus favorable a une
production economique de ces structures car elle peut etre extrudee en
une seule piece, par exemple en polycarbonate.
Dans ce cas, il est avantageuxque la structure soit constituee de
parois transparentes delimitant
- une enceinte de reflexion remplie d'un liquide refringent et dont
une surface interieure constitue une surface de reflexion totale a
section parabolique, cette enceinte comportant une surface d'entree du
rayonnement sensiblement perpendiculaire au rayonnement incident et
une surface de sortie du rayonnement a section sensiblement circulaire
centree sur le foyer de la section parabolique de la surface de
reflexion;;
- une enceinte de confinement du milieu de stockage d'energie de
section entourant le foyer de la section parabolique de la surface de
reflexion
- une enceinte renfermant un matelas d'air interpose entre l'enceinte
de confinement du milieu de stockage d'energie et d'une part la
surf-ace de sortie de l'enceinte de reflexion et, d'autre part, la
direction du rayonnement solaire direct.
L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description
suivante de deux exemples de realisation. I1 sera fait reference aux
dessins annexes sur lesquels les figures 1 et 2 representent chacun de
ces deux exemples, en coupe radiale ou transversale selon que ces
structures sont de revolution ou lineaires.
La figure 1 represente une structure comprenant une enceinte de
reflexion 1 remplie d'un liquide refringent 2 (de l'water par
exemple). L'enceinte 1 comporte une surface de reflexion 3 suivant, en
coupe, le trace d'une parabole 4 de foyer 5 et d'axe 6.
Une partie du rayonnement solaire 7 rentre dans l'enceinte 1
perpendiculairement a une surface d'entree 8 de l'enceinte disposee
dans un plan perpendiculaire a l'axe 6. Les rayons 7 ne sont donc pas
devies en entrant dans l'enceinte 1
En fait, etant donne que la position du soleil varie avec l'heure, ces
conditions ne sont sensiblement respectees que dans la periode ou le
soleil est a peu-pres au zenith, l'axe 6 etant lui-meme dirige vers le
zenith.On s'interessera dans la suite de c-e texte a cette seule
periode (aux alentours de llh a 12h) ou d'ailleurs le rayonnement
solaire est le plus fort et suffit largement pour chauffer le milieu
de stockage d'energie des structures conformes a l'invention, d'autant
que celles-ci sont prevues pour des capacites de stockage relativement
-faibles.
Le rayonnement est reflechi sur la surface 3: dans ce but, l'indice.
dumilieu refringent 2 satisfait, vis- -vis du milieu refringent
constitue par la paroi 9del'enceinte definissant la surface de
reflexion 3 (ou par le milieu exterieur 10 au cas ou la reflexion
totale est prevue sur la surface limite exterieure 3' de la paroi 9)
aux conditions necessaires pour assurer une reflexion totale, pour
tous les angles d'incidence possibles du rayonnement 7 aux differents
endroits d'incidence de la surface parabolique 4.
Par exemple, le rayon 17 definit avec la normale 18 a la surface 3 au
point d'impact, un angle a dont le sinus est superieur au rapport des
indices de refraction absolus du materiau de la paroi 9 et du premier
milieu refringent 2.
Le rayonnement reflechi quitte l'enceinte 1 par une surface de sortie
11 a section circulaire centree sur le foyer 5.
Le rayonnement traverse lors un matelas d'air 12 avant de penetrer
dans l'enceinte 13 de confinement du milieu 14 de stockage d'energie
(de l'water, par exemple).
L'enceinte 13 est accessible au rayonnement direct qui l'atteint au
travers du matelas d'air 12 ferme par la couverture transparente 15 du
cote de ce rayonnement direct.
Il est clair qutune telle structure se preste remarquablement a la
fabrication economique en une seule piece extrudee, par exemple en
polycarbonate.
Seules les parois d'extremite sont a ajouter avant de pouvoir remplir
les differentes enceintes des milieux qui conviennent.
La figure 1 montre egalement que la structure de l'invention, etant
prevue pour un fonctionnement optimal quand le rayonnement incident 7
est sensiblement parallele a l'axe 6, ne permet plus la reflexion
totale du rayonnement lorsque le rayonnement incident 16 est incline
d'un angle depassant un angle limite fonction de la courbe 4 et des
indices de refrac-
tion des milieux refringents.
Le rayonnement absorbe par le milieu de stockage d'energie 14 au foyer
5 et dans son voisinage immediat, engendre des temperatures d'autant
plus elevees que l'angle total, de sommet colncidant avec le foyer 5
et sous-tendant la trace, dans le plan de coupe, de la surface 3 (ou
3') de reflexion totale, est grand.
Dans la figure 2, des references identiques indiquent des elements
identiques a ceux decrits pour la figure 1. On note que l'abs-orbeur y
est cette. fois-ci materialise- par une enceinte 13' aux parois
opaques, de preference noires, au sein de laquelle peut evoluer un
fluide caloporteur 14'. Cette realisation a davantage sur la premiere
de ne pas demander une focalisation rigoureuse des rayons reflechis,
ceux-ci devant simplement pouvoir echauffer les parois opaques de
l'enceinte 13'.
Contrairement a la representation de la figure 1, ou, au se-in de
l'enceinte 13, la temperature s'eleve depuis les parois jusqu'au
foyer, dans la realisa- tion de la fig.2, c'est au niveau des parois
de l'absorbeur 13' que la temperature est la plus elevee.
I1 est avantageux que, comme represente sur la fig. 2, le matelas
d'air 12 entoure completement l'enceinte 13 ou 13', a l'exception
d'entretoises de supports, non representees.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS1. - Structure a concentration pour la recuperation de
l'energie solaire, structure du type comportant une surface de
reflexion sur laquelle le rayonnement solaire incident est reflechi
pour etre concentre sur un milieu de stockage d'energie, caracterisee
en ce que la surface de reflexion est constituee par l'interface de
deux milieux refringents assurant la reflexion totale du rayonnement
incident.2. Structure selon la revendication 1, caracteri- see en ce
que l'un des deux milieux refringents est un polycarbonate.3.
Structure selon l'une des revendications 1 ou 2, caracterisee en ce
que l'un des deux milieux refringents est l'air.Structure selon l'une
des revendications 1 ou 2, caracterisee en ce que l'un des deux
milieux refringents est un liquide.5. Structure selon la revendication
4, caracterisee en ce que l'un des deux milieux refringents est
liteau.6. Structure selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterisee en ce que le premier milieu refringent,dans
lequel penetre le rayonnement incident,est dispose de maniere a ne pas
sensiblement devier ledit rayonnement lors de sa penetration.7.
Structure selon l'une quelconque des revendications precedentes,
caracterisee en ce que le premier milieu refringent, dans lequel
penetre le rayonnement incident, est dispose de maniere a ne pas
sensiblement devier ledit rayonnement, lors de sa sortie dudit milieu
apres reflexion totale.8. Structure selon l'une quelconque des
revendications precedentes, caracterisee en ce que le milieu de
stockage d'energie est separe du premier milieu refringent dans lequel
penetre le rayonnement incident, par un matelas d'air.9. Structure
selon l'une quelconque des revendications precedentes, caracterisee en
ce que le milieu de stockage d'energie est accessible au rayonnement
solaire direct, en plus du rayonnement solaire reflechi par la surface
de reflexion.10. Structure selon les revendications 8 et 9,
caracterisee en ce qu'un meme niatelas d'air a couverture transparente
est interpose entre- le milieu de stockage d'energie et le rayonnement
solaire direct et reflechi.11. Structure selon l'une quelconque des
revendications precedentes, caracterisee en ce que le milieu de
stockage d'energie est constitue par un fluide caloporteur confine
dans une enceinte transparente.12. Structure selon l'une quelconque
des. revendications precedentes, caracterisee en ce que le milieu de
stockage d'energie est constitue par un fluide calopor teur
confine-dans une -enceinte.opaque.13. Structure selon l'une quelconque
des revendications precedentes, caracterisee en ce que la surface de
reflexion est une- surface a section sensiblement parabolique.14;
Structure selon l'une quelconque des revendications precedentes,
caracterisee en ce qu'elle est cons tituee par une structure lineaire
extrudee.15. Structure selon l'une quelconque des revendications
precedentes, caracterisee en ce qu'elle est constituee de parois
transparentes delimitant- une enceinte de reflexion remplie d'un
liquide refringent et dont une. surface interieure constitue une
surface. de reflexion totale a section parabolique, cette enceinte
comportant une surface d'entrez du rayon nement sensiblement
perpendiculaire au rayonnement incident et une surface de sortie du
rayonnement a section sensiblement circulaire centree sur le foyer de
la section parabolique de la surface de reflexion;;- une enceinte de
confinement du milieu de stockage d'energie de section entourant le
foyer de la section parabolique de la surface de reflexion- une
enceinte renfermant un matelas d'air interpose entre l'enceinte de
confinement du milieu de stockage d'energie et, d'une part,la surface
de sortie de l'enceinte de reflexion et,d'autre part* la direction du
rayonnement solaire direct.
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