Piège Hyperthermique du Rayonnement Solaire Direct (PHRSD)

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par Remundo » 01/03/08, 10:06

Miroirs de focalisation

La présente invention utilise la focalisation naturelle des rayons dans le plan focal du miroir collecteur (5). L’équation de la surface réfléchissante de ces miroirs est, dans un repère orthonormé direct (O,x,y,z), en plaçant le sommet du miroir en O et en pointant l’axe Oz vers le centre apparent du soleil (S) :
- lorsque le miroir possède une symétrie de révolution autour de l’axe z (« parabolique de révolution »):
z(x,y) = (sqrt(x^2+y^2) - r0)^2 /2/p
- lorsque le miroir est extrudé selon l’axe x (« parabolique extrudé ») :
z(y)=(abs(y) - r0)^2 /2/p
où :
* c / d désigne ‘c divisé par d’
* sqrt(c) désigne la ‘racine carrée de c’
* abs(d) désigne la ‘valeur absolue de d’
* p est le paramètre de plan focal (p>0)
* r0 est le paramètre de rayon (r0 est algébrique)
* a^b désigne ‘a puissance b’

Quels que soient les paramètres précédents, les rayons se concentrent dans le plan focal (13) placé à une distance p/2 de O en suivant l’axe Oz. Il se dégage, selon le paramètre r0, 4 familles de miroirs collecteurs :
- famille PRFPP si r0 = 0 : « Parabolique de Révolution à Foyer Principal Ponctuel » (sur Oz),
- famille PEFPR si r0 = 0 : « Parabolique Extrudée à Foyer Principal rectiligne » (le long de Ox),
- famille PRFPC si r0 non nul : « Parabolique de Révolution à Foyer Principal Circulaire » (autour de Oz),
- famille PEFPBr si r0 non nul : « Parabolique Extrudée à Foyer Principal Birectiligne » (le long de Ox),
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par Remundo » 01/03/08, 10:07

Miroir sphérique de révolution à paramètre r0 non nul rendant pointu vers l'extérieur ou l'intérieur la surface du miroir
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Caractère focal de miroir : les rayons directs focalisent sur un cercle dans le plan focal.

N.B. Cette focalisation est de moins bonne qualité que pour un moiroir parabolique, mais la forme sphérique est en général plus facile à fabriquer que la forme parabolique.
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par Remundo » 01/03/08, 10:07

Le caractère parabolique de tous ces miroirs (5) permet la focalisation optimale des rayons solaires directs (4) en accord avec le principe de Fermat. Néanmoins, toute forme concave sensiblement parabolique convient. En particulier, pour faciliter leur fabrication, ces miroirs peuvent devenir sphériques ou cylindriques de rayon R, le foyer (14) étant alors à une distance R/2. Dans ce cas, les équations deviennent :
- lorsque le miroir possède une symétrie de révolution autour de l’axe z (« sphérique de révolution »):
z(x,y) = R - sqrt(R^2 – (sqrt(x^2+y^2)-r0)^2)
- lorsque le miroir est extrudé selon l’axe x (« cylindrique extrudé ») :
z(y)= R - sqrt(R^2 – (abs(y)-r0)^2)
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par Remundo » 01/03/08, 10:07

Miroir parabolique de révolution et focalisation parfaite des rayons directs sur un point.
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Miroir parabolique extrudé et focalisation parfaite des rayons directs sur une ligne
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par Remundo » 01/03/08, 10:07

Bien que moins efficace, le fonctionnement sera encore bon dans l’approximation de Gauss et, selon le paramètre r0, 4 nouvelles familles de miroirs collecteurs apparaissent :
- famille SRFPP si r0 = 0 : « Sphérique de Révolution à Foyer Principal Ponctuel » (sur Oz),
- famille CEFPR si r0 = 0 : « Cylindrique Extrudé à Foyer Principal rectiligne » (le long de Ox),
- famille SRFPC si r0 non nul 0 : « Sphérique de Révolution à Foyer Principal Circulaire » (autour de Oz),
- famille CEFPBr si r0 non nul : « Cylindrique Extrudé à Foyer Principal Birectiligne » (le long de Ox).

Les miroirs PRFPP, PEFPR, SRFPP et CEFPR (r0=0) sont les miroirs déjà couramment utilisés en solaire thermique à concentration ; leur foyer principal (14) est respectivement :
- ponctuel sur l’axe Oz tel que OF=p/2 ou R/2
- linéaire rectiligne le long de Ox : z=p/2 ou R/2, y=0

Les miroirs (PRFPC,SRFPC) ou (PEFPBr,CEFPBr), correspondant à r0 non nul, sont quatre variantes spécifiques de la présente invention grâce au paramètre de rayon : r0. Leur foyer principal (14) est respectivement :
- circulaire autour de l’axe Oz tel que
o l’axe du cercle est Oz, son centre est C
o le centre C est placé en OC = p/2 ou OC = R/2
o le rayon du cercle vaut abs(r0)
- birectiligne le long de Ox tel que
o z=p/2 ou z=R/2
o y= abs(r0) pour la ligne focale supérieure (14A)
o y= -abs(r0) pour la ligne focale inférieure (14B)
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par Remundo » 01/03/08, 10:07

Caractère focal des miroirs à paramètre r0 non nul

Ligne supérieure r0>0
Ligne inférieure r0<0

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Colonne de gauche miroir extrudé (parabolique sur cet exemple)
Colonne de droite: miroir de révolution (parabolique aussi)
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par Remundo » 01/03/08, 10:08

Si l’on considère 2 faisceaux symétrique par rapport à Oz qui convergent vers leur foyer principal (14,14A,14B), les miroirs (PRFPC,SRFPC) ou (PEFPBr,CEFPBr)se déclinent en 2 sous-familles :
- si r0<0 : croisement (CR) des 2 faisceaux avant le foyer,
- si r0>0 : croisement (CR) des 2 faisceaux après le foyer.
Ces deux variantes n’ont aucune influence sur le fonctionnement car les faisceaux sont constitués d’ondes totalement incohérentes entre elles. La variante r0>0 respecte mieux les conditions de Gauss que r0<0.
Les 8 familles et les éventuelles sous-familles de miroirs collecteurs conduisent tous les rayons solaires directs (4) à l’entrée (8) de l’enceinte ECE sous la forme d’une assemblée de faisceaux convergents dont l’angle d’ouverture AO peut être réduit autant que nécessaire :
- soit en augmentant la distance focale avec p ou R,
- soit en limitant l’envergure du miroir,
- soit en jouant sur les 2 paramètres à la fois.
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par Remundo » 01/03/08, 10:08

Géométrie de couloir anti-retour,
dans le sens de parcours des rayons entrant

Courbe
A section constante, à section constante et point anguleux
A section décroissante, à section décroissante et point anguleux

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Courbe
A section croissante, à section croissante et point anguleux

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Rectiligne : à section décroissante, constante, croissante
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par Remundo » 01/03/08, 10:08

En pratique, AO < 50 degrés est acceptable.
La surface d’entrée (8) de l’enceinte (ECE) est ainsi la plus réduite possible bien que tous les rayons (4) réfléchis sur le miroir collecteur (5) la traversent. La géométrie de l’entrée (8) de l’enceinte (ECE) dépend du miroir (5) utilisé (tan = la fonction mathématique ‘tangente’):
- Pour les familles PRFPP et SRFPP (r0=0), c’est un disque (15A) de diamètre : p tan(DA)/2 et R tan(DA)/2
- Pour les familles PEFPR et CEFPR (r0=0): c’est une bande (15C) de longueur identique à celle du miroir sur Ox, de largeur : p tan(DA)/2 et R tan(DA)/2
- Pour les familles PRFPC et SEFPC (r0¹0): c’est un anneau (15B) de rayon moyen abs(r0) et de largeur :
p tan(DA)/2 et R tan(DA)/2
- Pour les familles PEFPBr et CEFPBr (r0¹0) : il s’agit de deux bandes (14A,14B) s’étendant le long de Ox, et de longueur identique à celle du miroir selon Ox :
o Sous-familles à croisement de faisceaux après le foyer (r0>0) :
§ Bande supérieure (15D):
pour PEFPBr : y = r0 - p tan(DA)/4 à y= r0 + p tan(DA)/4
pour CEFPBr : y = r0 - R tan(DA)/4 à y= r0 + R tan(DA)/4
§ Bande inférieure (15E):
pour PEFPBr : y= -r0 + p tan(DA)/4 à y = -r0 - p tan(DA)/4
pour CEFPBr : y= -r0 + R tan(DA)/4 à y = -r0 - R tan(DA)/4

o Sous-familles à croisement de faisceaux avant le foyer (r0<0) :
§ Bande supérieure (15D):
pour PEFPBr : y= -r0 + p tan(DA)/4 à y = -r0 - p tan(DA)/4
pour CEFPBr : y= -r0 + R tan(DA)/4 à y = -r0 - R tan(DA)/4
§ Bande inférieure (15E):
pour PEFPBr : y= r0 – p tan(DA)/4 à y = r0 + p tan(DA)/4
pour CEFPBr : y= r0 - R tan(DA)/4 à y = r0 + R tan(DA)/4
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par Remundo » 01/03/08, 10:08

Géométrie de cavité afocale anti-émissive
de type concave/concave,
avec petit miroirs de perfectionnement
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Piégeage géométrique parfait de tout rayon entrant dans la cavité parallèmement à son axe optique
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Dernière édition par Remundo le 01/03/08, 12:01, édité 4 fois.
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