BR112015019864B1

BR112015019864B1 - Concentrador de rastreamento solar

Info

Publication number: BR112015019864B1
Application number: BR112015019864-3A
Authority: BR
Inventors: Byunggyun Kim
Original assignee: Byunggyun Kim
Priority date: 2013-02-18
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2021-11-16
Also published as: IL240668A0; PT2865966T; JP2016513231A; PH12015501808A1; EP2865966B1; RU2628257C2; RU2015139066A; TR201901959T4; KR101370066B1; UA117746C2; CA2901746C; MY175180A; MX2015010621A; PL2865966T3; BR112015019864A2; AU2014216902C1; EP2865966A1; AU2014216902B2; SA515360905B1; PH12015501808B1

Abstract

CONCENTRADOR DE RASTREAMENTO SOLAR A presente invenção se refere a um concentrador de rastreamento solar que compreende: um meio de rastreamento leste - oeste para rastreamento do movimento do Sol na direção leste - oeste a partir da parte superior de um quadro de base; um suporte dispositivo verticalmente no meio de rastreamento leste - oeste; um sistema de parábola de tipo de concentrador disposto de modo que um eixo do mesmo seja suportado pelo suporte, e tendo uma segunda parábola disposta em uma posição ligeiramente diante do ponto focal de uma primeira parábola tendo uma área ampla, de modo que a luz de alta densidade seja concentrada no centro da primeira parábola; e um meio de rastreamento de altitude disposto no suporte, de modo a ter o sistema de parábola do tipo de concentrador rastreando a altitude solar, a presente invenção ainda compreendendo: um invólucro de prisma disposto de modo a ser posicionado na traseira do orifício de transporte de luz no centro da primeira parábola do sistema de parábola, e de modo a se mover de forma angular por meio da potência de acionamento de um motor de rastreamento de altitude do meio de rastreamento de altitude; e um meio de (...).

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um concentrador de rastreamento solar, o qual é configurado para permitir que uma parábola se mova de acordo com a mudança de posição do Sol, e, mais particularmente, a um concentrador de rastreamento solar capaz de prover uma luz de alta densidade concentrada através da parábola para uma certa localização (ou em uma certa direção) em todos os momentos usando-se um prisma retangular de reflexão total, desse modo eficientemente se aquecendo um dispositivo de armazenamento de calor.

TÉCNICA ANTECEDENTE

[0002] Um concentrador de rastreamento solar está sendo provido para fins de provisão de calor solar à alta densidade para um boiler solar, etc.

[0003] Um aparelho de rastreamento de localização solar para concentração de luz do Sol é exposto na Patente Coreana Número (B1) 10-0874575 (10 de dezembro de 2008). Um sistema de rastreamento solar usando um sensor solar e um método de uso do mesmo são expostos na publicação de Pedido de Patente Coreana Número (A) 10-2011-0119446 (02 de novembro de 2011). Um aparelho de rastreamento de localização solar de um painel de célula solar é exposto na publicação de Pedido de Patente Coreana Número (A) 10-20100102402 (24 de setembro de 2010).

[0004] Estas tecnologias convencionais rastreiam a altitude do Sol e a posição leste - oeste do Sol a partir do nascer do Sol e melhoram o efeito de concentração. Assim sendo, uma concentração de calor solar eficiente é obtida.

[0005] A propósito, um método de uso de luz de alta densidade concentrada pelo aparelho de rastreamento de calor solar, etc., é provido em uma tecnologia para conversão de energia solar em energia elétrica e/ou térmica exposta na publicação de Pedido de Patente Coreana Número (A) 10-2009-0117733 (12 de novembro de 2009). Neste caso, o primeiro espelho de formato parabólico incluindo o primeiro espelho, o qual inclui uma superfície de espelho côncava configurada e disposta para receber e concentrar energia de luz em direção ao ponto focal; e o segundo espelho, o qual inclui uma superfície de espelho convexa configurada e disposta para receber a energia de luz concentrada a partir do primeiro espelho e para concentrar a energia de luz para um dispositivo de recebimento anular, inclui a superfície de espelho côncava configurada e disposta para receber e concentrar a energia de luz em direção ao ponto focal.

[0006] Contudo, uma vez que a tecnologia mencionada acima é configurada de modo que o calor seja trocado em um dispositivo de recebimento anular instalado separadamente, a tecnologia é difícil de ser usada como uma fonte de calor forte, e tem uma baixa eficiência econômica, e, assim, tem muita dificuldade em ser usada em indústrias.<DOCUMENTO PRÉVIO>

[0007] Documento de Patente KR 100874575 B1 (10 de dezembro de 2008)

[0008] Documento de Patente KR 1020110119446 A (02 de novembro de 2011)

[0009] Documento de Patente KR 1020100102402 A (24 de setembro de 2010)

EXPOSIÇÃO Problema Técnico

[0010] A presente invenção foi pesquisada e desenvolvida para suplantar todos os problemas do sistema de concentrador de rastreamento solar e de parábola convencional precedente. A presente invenção provê um concentrador de rastreamento solar, o qual provê a luz de alta densidade concentrada através de uma parábola para uma certa localização (em uma certa direção) em todos os momentos pelo uso do prisma retangular de reflexão total, desse modo eficientemente se aquecendo o dispositivo de armazenamento de calor.Solução Técnica

[0011] Para suplantar os problemas, a presente invenção provê um concentrador de rastreamento solar que inclui: um meio de rastreamento leste - oeste para rastreamento do movimento do Sol na direção leste - oeste a partir da parte superior de um quadro de base; um suporte disposto verticalmente no meio de rastreamento leste - oeste; um sistema de parábola do tipo de concentrador disposto de modo que um eixo do mesmo seja suportado pelo suporte, e tendo uma segunda parábola disposta atrás do ponto focal de uma primeira parábola tendo uma área ampla, de modo que uma luz de alta densidade seja concentrada no centro da primeira parábola; e um meio de rastreamento de altitude disposto no suporte, de modo a ter o sistema de parábola do tipo de concentrador rastreando a altitude solar. O concentrador de rastreamento solar ainda inclui: um invólucro de prisma, o qual é disposto de modo a fazer com que um eixo do mesmo seja suportado pelo suporte, de modo que o invólucro de prisma seja posicionado na traseira de um orifício de transporte de luz formado no centro da primeira parábola do sistema de parábola do tipo de concentrador, e de modo a se mover de forma angular por meio da potência de acionamento de um motor de rastreamento de altitude do meio de rastreamento de altitude; e um meio de guia de luz composto por um prisma retangular de reflexão total acoplado ao invólucro de prisma. O meio de guia de luz roda tanto quanto metade do ângulo de rotação do meio de rastreamento de altitude, desse modo se permitindo que uma luz de alta densidade seja sempre guiada e provida para a mesma localização.

[0012] Um tubo de segurança de transmissão de luz de alta densidade, o qual guia a alta densidade provida a partir do prisma retangular de reflexão total do meio de guia de luz é construído na placa de suporte rotativa constituindo o meio de rastreamento leste - oeste, e em que um prisma retangular de reflexão total de guia, o qual guia e provê a luz de alta densidade para uma terceira área, é adicionalmente instalado no quadro de base sob o tubo de segurança de transmissão de luz de alta densidade.

Efeitos Vantajosos

[0013] Através do uso do concentrador de rastreamento solar provido pela presente invenção, a luz do Sol pode ser continuamente concentrada a partir do nascer do Sol até o pôr do Sol, de modo que seja possível melhorar significativamente a taxa de concentração da luz do Sol.

[0014] Na presente invenção, o meio de guia de luz é projetado para rodar em um ângulo tanto quanto a metade do ângulo de rotação do meio de rastreamento altitude. Em uma configuração como essa, sob o estado em que a luz de alta densidade é guiada para a localização em todos os momentos, independentemente do movimento de posição do sistema de parábola, a luz de alta densidade pode ser guiada e provida para uma terceira área pelo uso do prisma retangular de reflexão total instalado sob o tubo de segurança para transmissão da luz de alta densidade. Portanto, a luz de alta densidade concentrada pela pluralidade de concentradores de rastreamento solar é concentrada em uma posição, de modo que seja possível prover uma temperatura de aquecimento mais alta do que 1000°C. Assim sendo, a presente invenção pode ser aplicada de forma útil a um boiler de calor solar, etc.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] A figura 1 é uma vista dianteira que mostra um exemplo de um concentrador de rastreamento solar provido pela presente invenção;

[0016] a figura 2 é uma vista lateral da figura 1;

[0017] a figura 3 é uma vista plana da figura 1;

[0018] a figura 4 é uma vista em perspectiva que mostra uma configuração de um meio de guia de luz aplicado à presente invenção;

[0019] a figura 5 é uma vista que mostra o estado de movimento da luz de alta densidade em um prisma retangular de reflexão total de acordo com as rotações de um meio de rastreamento de altitude e o meio de guia de luz; e

[0020] a figura 6 mostra uma vista em seção transversal dianteira e uma vista plana, as quais mostram um exemplo de um boiler de calor solar configurado pela disposição dos concentradores de rastreamento solar providos pela presente invenção.

MODO PARA A INVENÇÃO

[0021] Aqui adiante, as modalidades do concentrador de rastreamento solar providas pela presente invenção serão descritas com referência aos desenhos associados.

[0022] A figura 1 é uma vista dianteira de um exemplo de um concentrador de rastreamento solar provido pela presente invenção. A figura 2 é uma vista lateral da figura 1. A figura 3 é uma vista plana da figura 1.

[0023] Um concentrador de rastreamento solar 1 provido pela presente invenção é configurado de modo que um quadro de base 2 localizado no solo esteja em um estado horizontal.

[0024] Um meio de rastreamento leste - oeste 3, o qual rastreia o movimento leste - oeste do Sol, é instalado no quadro de base 2. Um suporte 4 é construído no meio de rastreamento leste - oeste 3. Um eixo de um sistema de parábola do tipo de concentrador 5 é instalado no topo do suporte 4. O sistema de parábola do tipo de concentrador 5 é rodado ao longo da altitude do Sol por meio de um meio de rastreamento de altitude 6, o qual é instalado no suporte 4 e rastreia a altitude do Sol.

[0025] Uma roda 32, a qual faz contato com a superfície de topo do quadro de base 2, é acoplada ao meio de rastreamento leste - oeste 3. Uma placa de suporte rotativa 31 é instalada em um tubo de eixo geométrico de rotação 33 da porção central do meio de rastreamento leste - oeste 3 e é rodada ao ser acoplada ao quadro de base 2 por um mancal 2a. Uma corrente de acionamento 34 é afixada à borda dianteira do tubo de eixo geométrico de rotação 33. Uma roda dentada 36 acoplada a um motor de rastreamento de leste - oeste 35, o qual é instalado no quadro de base 2 e pode ser acionado para frente e para trás, é acoplada à corrente de acionamento 34, desse modo se permitindo que a placa de suporte rotativa 31 seja rodada por um certo ângulo.

[0026] Dois suportes direito e esquerdo 4 são construídos de forma simétrica na placa de suporte rotativa 31a. Um eixo rotativo 7, o qual é suportado por um mancal 4a, é instalado no topo do suporte 4.

[0027] Um apoio 52, o qual se projeta até a traseira de uma primeira parábola 51 do sistema de parábola do tipo de concentrador 5 é fixado ao eixo rotativo 7.

[0028] No sistema de parábola do tipo de concentrador 5, uma segunda parábola 53 é instalada em uma posição ligeiramente diante do ponto focal da primeira parábola na frente da primeira parábola 51, a qual tem um formato hemisférico (espelho côncavo) e um orifício de transporte de luz 51a formado no centro do mesmo, e, assim, a luz de alta densidade é refletida para a porção central da primeira parábola 51. A segunda parábola 53 é suportada por vários suportes de parábola 54 construídos na borda da primeira parábola 51.

[0029] Com referência à posição de instalação da segunda parábola 53, quando a segunda parábola 53 é instalada na frente do ponto focal da primeira parábola 51, a retidão da luz refletida é reduzida e, quando a segunda parábola 53 é instalada no ponto focal da primeira parábola 51, a segunda parábola 53 tem um alto grau de integração de luz e não é usável. Portanto, a segunda parábola 53 é instalada em uma posição ligeiramente diante do ponto focal, e é preferível que a segunda parábola 53 seja instalada em uma posição diante de 20 a 30 mm do ponto focal quando o ponto focal da primeira parábola 51 for de 2 a 3 m.

[0030] No sistema de parábola do tipo de concentrador 5 tendo uma configuração como essa, a luz solar a partir do Sol é refletida a partir da primeira parábola 51. A luz solar refletida é concentrada para a segunda parábola 53 instalada atrás do ponto focal da primeira parábola 51. Aqui, a segunda parábola 53 reflete de novo a luz de alta densidade concentrada para o orifício de transporte de luz 51a formado no centro da primeira parábola 51. Isto provê um efeito de compressão da luz provida a partir da primeira parábola 51 tendo uma área de concentração de luz ampla.

[0031] Enquanto isso, conforme descrito acima, o sistema de parábola do tipo de concentrador 5 é rodado ao longo da altitude do Sol por meio do meio de rastreamento de altitude 6 instalado no suporte 4.

[0032] O meio de rastreamento de altitude 6 é composto por um motor de rastreamento de altitude 61, uma primeira roda dentada de acionamento 62 e uma primeira roda dentada passiva 63. O motor de rastreamento de altitude 61 é capaz de prover uma força de acionamento em ambas as direções para frente e para trás. A primeira roda dentada de acionamento 62 e a primeira roda dentada passiva 63 são instaladas respectivamente no eixo rotativo 7 à qual o sistema de parábola do tipo de concentrador 5 foi acoplado. A primeira roda dentada de acionamento 62 e a primeira roda dentada passiva 63 são conectadas por uma corrente 64.

[0033] As distâncias de curso e os tempos do motor de rastreamento de leste - oeste 35 e do motor de rastreamento de altitude 61 podem ser mudados, dependendo da estação do ano. As distâncias de curso e os tempos não são mostrados e são coletivamente controlados pelo acionamento por um meio de controle em separado.

[0034] No assunto precedente, a configuração do concentrador de rastreamento solar 1 é uma técnica geralmente conhecida. A configuração do meio de rastreamento leste - oeste 3, do sistema de parábola do tipo de concentrador 5 e do meio de rastreamento de altitude 6 pode ser substituída por uma variedade de configurações conhecidas.

[0035] O concentrador de rastreamento solar 1 provido pela presente invenção ainda inclui uma tecnologia em particular de transmissão da luz de alta densidade concentrada através da configuração acima para outras regiões e usando-se a luz.

[0036] Isto é, na presente invenção, um meio de guia de luz 8 é instalado na traseira da primeira parábola 51, de maneira tal que seja alinhado com o orifício de transporte de luz 51a formado no centro da primeira parábola 51 do sistema de parábola do tipo de concentrador 5, de modo que a luz de alta densidade concentrada no sistema de parábola do tipo de concentrador 5 seja sempre provido na mesma direção.

[0037] Um eixo rotativo de prisma 81 é instalado, de modo que o meio de guia de luz 8 provido pela presente invenção seja suportado em ambos os suportes 4. Um invólucro de prisma 82 é acoplado ao eixo rotativo de prisma 81.

[0038] Um prisma retangular de reflexão total 83 é instalado no invólucro de prisma 82, de modo que a luz de alta densidade provida através do orifício de transporte de luz 51a seja refletida para outras regiões. Aqui, a porção retangular do prisma retangular de reflexão total 83 é disposta em direção ao sistema de parábola do tipo de concentrador 5.

[0039] Também, uma segunda roda dentada passiva 85, a qual é conectada por uma corrente 86 a uma segunda roda dentada de acionamento 84 instalada no motor de rastreamento de altitude 61 é instalado no eixo rotativo de prisma 81. Assim sendo, a segunda roda dentada passiva 85 é acionada em conjunto com o sistema de parábola do tipo de concentrador 5, quando do rastreamento da altitude.

[0040] Aqui, uma relação de engrenagens é feita, de modo que, quando a primeira roda dentada passiva 63 conectada pela corrente 64 à primeira roda dentada de acionamento 62 acionando o sistema de parábola do tipo de concentrador 5 rodar uma vez, a segunda roda dentada passiva 85 conectada pela corrente 86 à segunda roda dentada de acionamento 84 instalada no motor de rastreamento de altitude 61 acionando o meio de guia de luz 8 rode à metade.

[0041] Uma configuração como essa provê uma funcionalidade para guiar a luz de alta densidade na mesma direção em todos os tempos, quando o sistema de parábola do tipo de concentrador 5 se mover.

[0042] Na modalidade da presente invenção, em um caso em que o sistema de parábola do tipo de concentrador 5 e o meio de guia de luz 8 são incluídos, mesmo se o ângulo no qual a luz de alta densidade é introduzida for mudado, conforme mostrado em (a) a (e) da figura 5, é possível sempre guiar a luz de alta densidade na mesma direção.

[0043] Isto é, conforme mostrado em (a) da figura 5, quando o prisma retangular é disposto no nascer do Sol em paralelo com o orifício de transporte de luz 51a formado na primeira parábola 51 do sistema de parábola do tipo de concentrador 5, uma superfície de incidência de luz 83a e uma superfície de emissão de luz 83b do prisma retangular de reflexão total 83 constituindo o meio de guia de luz 8 são dispostas perpendiculares a cada outra, de modo que a luz de alta densidade seja guiada para baixo. Conforme mostrado em (b) na figura 5, quando o prisma retangular é rodado em um ângulo de 24 graus a partir de estar em paralelo com o orifício de transporte de luz 51a formado na primeira parábola 51, a superfície de incidência de luz 83a e a superfície de emissão de luz 83b do prisma retangular de reflexão total 83 constituindo o meio de guia de luz 8 são rodadas em um ângulo de 12 graus, de modo que a luz de alta densidade seja guiada para baixo através da superfície de emissão de luz 83b.

[0044] Também, conforme mostrado em (c), (d) e (e) da figura 5, quando o prisma retangular é rodado gradualmente em ângulos de 48, 72 e 90 graus quanto a ser paralelo ao orifício de transporte de luz 51a formado na primeira parábola 51, a superfície de incidência de luz 83a e a superfície de emissão de luz 83b do prisma retangular de reflexão total 83 constituindo o meio de guia de luz 8 são rodadas em ângulos de 24, 36 e 45 graus, em outras palavras, metade do ângulo de rotação do prisma retangular, de modo que a luz de alta densidade seja guiada. A luz de alta densidade é guiada e provida em uma direção, isto é, para baixo em todos os momentos, independentemente do movimento do sistema de parábola do tipo de concentrador 5 ao longo da altitude do Sol.

[0045] A propósito, na modalidade da presente invenção, após a luz de alta densidade ser guiada pelo meio de guia de luz 8, a luz de alta densidade é provida para uma terceira área.

[0046] Para esta finalidade, na modalidade da presente invenção, um tubo de segurança 9 é construído sob o prisma retangular de reflexão total 83 constituindo o meio de guia de luz 8 e no centro da placa de suporte rotativa 31 na qual o suporte 4 é construído. Um prisma retangular de reflexão total de guia 10, o qual guia e provê a luz de alta densidade para a terceira área, é adicionalmente instalado em uma posição alinhada com o centro do tubo de segurança 9, no quadro de base 2 sob a placa de suporte rotativa 31.

[0047] Um número de referência não descrito 100 nos desenhos representa um dispositivo de armazenamento de calor, o qual armazena a luz de alta densidade provida por uma pluralidade de concentradores de rastreamento solar 1 da presente invenção.

[0048] Conforme mostrado na figura 6, a pluralidade de concentradores de rastreamento solar 1 tendo uma configuração como essa da presente invenção é disposta e provê a luz de alta densidade para o dispositivo de armazenamento de calor 100, e, assim, pode ser aplicado a um boiler de calor solar doméstico ou a um boiler de calor solar comercial. Aqui adiante, a operação da modalidade da presente invenção será descrita.

[0049] O concentrador de rastreamento solar 1 provido pela presente invenção é controlado por um meio de controle não mostrado. O concentrador de rastreamento solar 1 pode concentrar a luz solar enquanto rastreia o Sol a partir do nascer do Sol até o pôr do Sol.

[0050] Isto é, de acordo com a modalidade da presente invenção, o motor de rastreamento de leste - oeste 35 do meio de rastreamento leste - oeste 3 e o motor de rastreamento de altitude 61 do meio de rastreamento de altitude 6 são acionados ao mesmo tempo simultaneamente com a luz solar, de modo que a primeira parábola 51 do sistema de parábola do tipo de concentrador 5 rastreie o Sol.

[0051] A luz de alta densidade concentrada pela primeira parábola 51 durante o rastreamento do Sol, conforme mencionado acima, é concentrada de novo pela segunda parábola 53 localizada atrás do ponto focal da primeira parábola 51, e, então, é provida para o orifício de transporte de luz 51a formado no centro da primeira parábola 51.

[0052] Uma vez que a luz de alta densidade provida para o orifício de transporte de luz 51a é rodada apenas metade em relação ao ângulo de rotação da primeira parábola 51, a qual é movida de forma angular pelo meio de rastreamento de altitude 6, a luz de alta densidade é guiada apenas em uma direção, conforme mostrado em de (a) a (e) da figura 5, independentemente do movimento do sistema de parábola do tipo de concentrador 5. A luz de alta densidade guiada pelo meio de guia de luz 8 é provida para a terceira área pelo prisma retangular de reflexão total de guia 10 fixado e instalado no quadro de base 2.

[0053] Embora a modalidade preferida da presente invenção tenha sido descrita em detalhes, várias modificações e mudanças da modalidade podem ser feitas, sem que se desvie do espírito e do escopo da presente invenção. Portanto, o escopo da presente invenção deve ser limitado à modalidade precedente e deve ser definido pelas reivindicações a seguir e por seus equivalentes.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

[0054] O concentrador de rastreamento solar provido pela presente invenção pode ser aplicado a uma fonte de calor do boiler de calor solar doméstico, boiler de calor solar industrial e a um dispositivo de armazenamento de calor para geração de potência, etc.

Claims

1. Concentrador de rastreamento solar (1) compreendendo:um meio de rastreamento leste - oeste (3) para rastrear o movimento do Sol na direção leste - oeste a partir da parte superior de um quadro de base (2);um suporte (4) disposto verticalmente no meio de rastreamento leste - oeste (3);um sistema de parábola do tipo de concentrador (5) disposto de modo que um eixo do mesmo seja suportado pelo suporte (4), e tendo uma segunda parábola (53) disposta atrás do ponto focal de uma primeira parábola (51) tendo uma área ampla, de modo que uma luz de alta densidade seja concentrada no centro da primeira parábola (51); eum meio de rastreamento de altitude (6) disposto no suporte (4), de modo a ter o sistema de parábola do tipo de concentrador (5) rastreando a altitude solar,o concentrador de rastreamento solar caracterizado por compreender ainda:um invólucro de prisma (82), o qual é disposto de modo a fazer com que um eixo do mesmo seja suportado pelo suporte (4), de modo que o invólucro de prisma (82) seja posicionado na traseira de um orifício de transporte de luz (51a) formado no centro da primeira parábola (51) do sistema de parábola do tipo de concentrador (5), e de modo a se mover de forma angular por meio da potência de acionamento de um motor de rastreamento de altitude (61) do meio de rastreamento de altitude (6); eum meio de guia de luz (8) composto por um prisma retangular de reflexão total (83) acoplado ao invólucro de prisma (82),em que o meio de guia de luz (8) roda tanto quanto metade do ângulo de rotação do meio de rastreamento de altitude, desse modo permitindo a luz de alta densidade seja sempre guiada e provida para a mesma localização, eem que a porção retangular do prisma retangular de reflexão total (83) é disposta em direção ao sistema de parábola do tipo de concentrador (5).

2. Concentrador de rastreamento solar (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de um tubo de segurança de transmissão de luz de alta densidade (9), o qual guia a alta densidade provida a partir do prisma retangular de reflexão total (83) do meio de guia de luz (8) é construído em uma placa de suporte rotativa (31) que constitui o meio de rastreamento leste - oeste (3), e em que um prisma retangular de reflexão total de guia (10), o qual guia e provê a luz de alta densidade para uma terceira área é ainda instalado no quadro de base (2) sob o tubo de segurança de transmissão de luz de alta densidade (9).