Piège Hyperthermique du Rayonnement Solaire Direct (PHRSD)

[Remundo]

Créer le mouvement à partir d'une source d'énergie, le convertir en un autre plus utile grâce à un dispositif adéquat, tout en ayant un bon rendement et en en respectant l'environnement,

tels sont les défis que relève SYCOMOREEN.


SYCOMOREEN est une société familiale que mon père a créée pour développer tout une famille de brevets axés sur les énergies renouvelables.

Aujourd'hui est un grand jour puisque je vous propose de découvrir le second bébé SYCOMOREEN:

le Piège Hyperthermique du Rayonnement Solaire Direct (PHRSD)

Conçu, et mitonné par Remundo et son Papa...

Le brevet a été déposé le 6 février 2008 à l'INPI

Dans l'immédiat, nous ne publions pas les revendications de ce brevet pour des raisons juridiques et de propriété intellectuelle.

Néanmoins, vous avez accès à toutes les figures, gif animées et descriptifs.

Un site internet est d'ores et déjà opérationnel

VOus pouvez consulter aussi l'adresse http://sycomoreen.free.fr/
notamment http://sycomoreen.free.fr/syco_francais/solaire_thermoelec.html

Soyez indulgents pour les bugs...

Nous attendons vos réactions sur cette nouvelle machine aux multiples usages : production de puissance thermique, mécanique, électrique, cogénération, thermolyse, hydrolyse pour productions diverses (hydrogène, métaux...) à partir d'une énergie propre et au potentiel extraordinaire grâce à sa qualité et sa quantité...

Pour l'instant, nous déveleppons seuls nos machines, mais sommes ouverts à toute proposition de partenariat industriel.

Bonnes lecture et découverte !

Remundo pour SYCOMOREEN
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Paramètre d'impact de tout rayon solaire en un point M quelconque du miroir collecteur lorsque celui-ci pointe exactement vers le centre du soleil



Divers angles d'impact pour les ondes planes en provenance du Soleil

Structure générique de l'enceinte de confinement de l'énergie (ECE)

Accès à la nomenclature de l'invention sur cette page (simple clic pour affichage...)
http://sycomoreen.free.fr/syco_francais/Docs/PH...clature_PHRSD.pdf
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Piège hyperthermique du rayonnement solaire direct

L'invention concerne un dispositif (1) destiné à convertir le rayonnement solaire direct en une énergie thermique de haute qualité avec le minimum de pertes. Plus généralement, le dispositif peut fonctionner avec tout rayonnement spatialement étendu d’ondes planes dont les directions de propagation diffèrent de quelques degrés. Les usages de la chaleur ainsi recueillie sont notamment :
- fours écologiques à très hautes températures,
- installations de thermolyse
- cycles thermodynamiques divers destinés à produire un travail mécanique, puis électrique.

L’invention s’inscrit dans la filière « hélio-thermo-électrique », et plus particulièrement dans l’énergie solaire thermodynamique. Celle-ci est déjà connue pour son rendement supérieur à celui de l’énergie solaire photovoltaïque. En effet, les rendements globaux de conversion (du soleil au réseau électrique) sont pour les meilleurs exemples connus à ce jour :
- 30% pour les installations thermoélectriques
- 12% pour les capteurs photovoltaïques

Les installations thermoélectriques ont toutes choisi la voie de la concentration du rayonnement solaire pour atteindre des hautes températures, indispensables pour avoir un cycle performant de conversion thermomécanique.
Toutefois, ces températures (environ 600°C) ne sont pas suffisamment hautes pour garantir le haut rendement de conversion thermomécanique connu dans les centrales thermiques (50% et jusqu’à 60% en cycle combiné) dont la source chaude est généralement à plus de 1000°C grâce à l’utilisation de combustibles très exothermiques (charbon, pétrole, gaz, fission nucléaire).

La présente invention est une nouvelle approche basée sur un piégeage progressif des rayons solaires permettant un rendement de conversion de l’énergie solaire directe en énergie électrique d’environ 60%, soit une performance :
- 5 fois meilleure que celle du solaire photovoltaïque,
- 2 fois meilleure que celle du solaire thermo-électrique actuel,
- voisine de celle des meilleures centrales thermiques.
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Allure générale du dispositif et caractère focal du miroir collecteur


Surface tridimensionnelle parabolique de révolution

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Etat de l’art

Les techniques de concentration actuelles sont basées sur la focalisation du rayonnement en un point ou une zone spatialement limitée. On peut citer notamment :
- les systèmes optiques à transmission
o lentilles convergentes extrudées,
o lentilles à symétrie de révolution, classiques ou à disposition de Fresnel,
- les systèmes à réflexion
o multi-miroirs plans pointant tous vers une zone commune de focalisation,
o miroirs cylindro-paraboliques ou paraboliques.

Les systèmes à transmission utilisent un milieu diélectrique transparent au visible et restent artisanaux. Ils ne sont pas industrialisés car la perte d’énergie solaire y est trop importante à cause :
- de leur absorption dans le domaine infrarouge,
- des réflexions parasites air/milieu : entre 5 et 10% du flux incident perdu à chaque interface air/milieu.

La réflexion sur les miroirs est plus efficace : l’aluminium poli réfléchit 90% du flux solaire vers le foyer. L’argent poli collecte même jusqu’à 95% du flux solaire direct incident, mais s’oxyde et coûte plus cher.

L’étape suivante est la conversion du rayonnement collecté en énergie thermique. C’est sur cet aspect que les techniques actuelles sont très loin d’être optimales : elles utilisent des pièces fixées au foyer des miroirs collecteurs : par exemple des plaques ou des tuyaux dans lesquels circule parfois un fluide caloporteur. Cela pose deux importants problèmes :
1. D’une part, lors de son impact sur ces pièces, le rayonnement est abondamment réfléchi et/ou diffusé. Ce rayonnement non capté est définitivement perdu.
2. D’autre part, le rayonnement capté est généralement mal retenu car les pièces s’échauffent rapidement et ne sont pas isolées suffisamment. Deux phénomènes sont responsables d’importantes pertes de chaleur :
a. Pertes par diffusion thermique : sont proportionnelles à la surface des pièces et à leur différence de température avec l’atmosphère.
b. Pertes par rayonnement thermique : sont proportionnelles à la surface, et à la température absolue (en Kelvin) à l’exposant 4.

Lorsque la température T approche de 1000 Kelvin, comme les surfaces ne sont ni réduites ni isolées correctement, le système perd rapidement autant d’énergie que son miroir en collecte.

Le problème n°1 provoque une perte de plus de 10% de l’énergie collectée par le miroir, encore plus si les pièces absorbantes sont des plaques métalliques non oxydées relativement lisses et claires. Les reflets sont assez intenses pour agresser la rétine d’un observateur.
Le problème n°2 empêche d’augmenter la température du fluide caloporteur au-delà de quelques centaines de Kelvin, car sinon, le rendement de piégeage thermique, défini comme le rapport de l’énergie retenue à l’énergie incidente, est bien trop faible, voire nul.
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Variantes de miroir parabolique de révolution avec équation en "(r-r0)^2" r0 paramètre de rayon rend la partie centrale pointue soit vers l'intérieur, soit vers l'extérieur.


Focalisation des rayons solaire direct et trace dans le plan focal pour des miroir à r0 non nul

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Caractéristiques et potentiel du rayonnement solaire

Le Soleil émet une lumière jaune dont la puissance se répartit à 53% dans l’infrarouge, à 44% dans le visible et à 3% dans l’ultraviolet. Tout le rayonnement solaire peut et doit être valorisé pour une conversion hyperthermique.
Le Soleil est situé à 150 000 000 de km de la Terre et a un diamètre de 1 360 000 km, ce qui lui donne un diamètre angulaire DA depuis la Terre :
DA = arctangente( 136 / 15000 ) = 0,52°
Toutefois, à cause des perturbations atmosphériques, il vaut mieux retenir DA=0,6° pour les rayons reçus sur Terre.
Chaque onde émise par un point du Soleil et parvenant sur Terre est sensiblement plane à l’échelle du dispositif.
Lorsque l’axe central (Oz) du miroir collecteur pointe précisément vers le centre apparent du Soleil (S), les rayons incidents constituent sur le miroir collecteur des ondes planes inclinées au maximum de +/- 0,3° dans des directions quelconques par rapport à l’axe central.

Sur Terre, la puissance solaire en très haute atmosphère vaut en moyenne 1400 W/m², et 1000 W/m² au sol en conditions idéales : soleil au zénith, ciel très clair.

Des flux moyens de 200 W/m² en région très ensoleillée (plus de 2750 heures/an) sont très courants dans le bassin méditerranéen, et jusqu’à 300 W/m² pour des latitudes comprises entre 40°Sud et 40°Nord.

Pour obtenir la puissance électrique d’une centrale nucléaire de 1200 MW, il suffit, sur la base d’un rendement de conversion de 60% et de 200 W/m² de flux solaire annuel moyen, d’une surface de 10 km², soit un carré de 3,2 km de côté. C’est une aire négligeable devant la surface de n’importe quel pays ou océan.

Actuellement, et au niveau mondial, il est admis que l’énergie solaire apporte environ 10 000 fois la consommation anthropique, toute activité incluse.
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Caractère focal de miroirs paraboliques extrudés à paramètre r0 non nul.

Les foyers sont 2 droites rectilignes s'étendant dans la direction d'extrusion du miroir.
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Solutions proposées

La présente invention reprend le principe des miroirs collecteurs paraboliques ou cylindro-paraboliques. Toutefois, dans certains cas, la géométrie de ces miroirs est perfectionnée, et dans tous les cas, les moyens de conversion du rayonnement solaire en chaleur se démarquent nettement de l’art actuel, en raison des arrangements suivants :
- Le lieu de focalisation (14) du rayonnement collecté par le miroir constitue l’entrée ( d’une enceinte de confinement de l’énergie (ECE) dont la géométrie particulière lui donne des propriétés anti-émissives.
- Le rayonnement (4) focalisé/concentré s’engouffre dans cette cavité où il est progressivement absorbé de 2 façons différentes :
o à la suite de multiples réflexions et diffusions partiellement absorbantes sur les parois de la cavité (7,9,10),
o à la suite de son trajet entre 2 impacts successifs sur les parois (7,9,10) de la cavité lorsque celle-ci est remplie par un milieu absorbant.

La cavité peu être équipée :
- de circuits (27,30) dans lesquels circule un fluide caloporteur afin d’extraire la chaleur pour l’application choisie (four, machine à vapeur, machine de Stirling…)
- d’une ou plusieurs enveloppes (11) : ces enveloppes sont dotées d’une surface polie et très réfléchissante, orientées vers l’intérieur de l’enceinte et séparées par un excellent isolant thermique (12) : elles confinent l’intense rayonnement infrarouge de l’enceinte (ECE) et empêchent les fuites thermiques par conduction.
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Miroir sphérique de révolution

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