CS250255B1 - Svlární koncentrační zařízení - Google Patents

Description

Vynález se týká solárního koncentračního zařízení s kapalinovými spojnými čočkami a s tepelným spotřebičem v jejich ohniskové rovině.

Dosud známé zařízení pro získávání tepla. využívají plošných slunečných kolektorů, parabolických zrcadel, Fresnerových Čoček, foíočlánků pro přímou přeměnu sluneční energie na energii elektrickou nebo čočkových systémů skleněných čoček dle patentů USA 3 974 824, 4 029 077, 4 222 370, 4 146 407,

134 393, dále je znám systém švýcarský 590 437 a USA 4 116 224. Tyto systémy používají čoček malých rozměrů pouze několik centimetrů s koncentrací do ohniskové roviny, kde je umístěn prvek na využití solární energie pouze přes jednu čočku nebo rovinu čoček, čímž se docílí teplot, max. 500 °C. U čočkového systému projde prakticky celá energie čočkou beze ztrát, pohlcení v materiálech čoček je prakticky neznatelné, což způsobuje zvýšení účinnosti oproti ostatním systémům. Malé čočky soustřeďují energii podélně do trubiček nebo kaskádovitě do prolamovaných ploch nebo do válcových povrchů nádob. Nevýhody dosud známých solárních systémů jsou především v tom, že nemohou dosahovat s malou plochou vlastního sběrače velmi vysokých teplot. Parabolická zrcadla jsou ma2 lých rozměrů, nemohou několikrát do ohniska. zkoncentrovat sluneční paprsky a navíc se odrazem značná část energie ztrácí, což snižuje účinnost. Materiál na ně používaný je drahý včetně složitosti výroby, dále velmi malá trvanlivost leštěných ploch vůči povětrnosti, což celé zařízení komplikuje a zdržuje, a také snižuje účinnost. U dosavadních skleněných čoček je náročná výroba a velmi značná hmotnost těchto čoček, dále u plastikových čoček je také používáno pouze malých rozměrů jen několik cm a absorbce energie se využívá průchodem vždy pouze přes jednu čočku a celé kryty.

Nevýhody těchto dosud známých systémů jsou odstraněny solárním koncentračním čočkovým zařízením, s kapalinovými spojnými čočkami a s tepelným spotřebičem v jejich ohniskové rovině, jehož podstata spočívá v tom, že spojné čočky jsou umístěny ve svých optických osách za sebou tak, že každá čočka je uložena vždy před ohniskovou rovinou čočky předcházející, přičemž poloměr zakřivení a průměr čoček se postupně ve směru dopadajícího slunečního záření zmenšuje a celá délka sestavy je určena kruhovou řezovou půlící rovinou první čočky a kruhovou rovinou tepelného spotřebiče, rovnající se nejvíce ohniskové vzdálenosti první čočky. Čočky i tepelný spotře250255 bič jsou uloženy otočně a současně posuvně vůči sobě se zajištěním jejich žádané polohy v rámové konstrukci, která je jako celek uložena otočně v kruhové vodorovině na centrálním čepu a natáčivě ve svislé kruhové rovině na bočních ložiscích.

Výhod se předmětem vynálezu docílí v dokonalejších a výkonnějších koncentracích solárního záření a tím vyšších teplot na tepelných spotřebičích oproti dosavadním koncentračním zařízením, při podstatně levnějších nákladech na zařízení než dosud. Postupná koncentrace slunečních paprsků, ke které dochází průchodem sluneční energie přes roviny nejméně dvou čoček, umožňuje dosažení vysokých teplot až 5 000 °K na prvku pro odebírání zkoncentrované sluneční energie. Toho lze s úspěchem využít pro tavení a ohřev materiálů, vývinu par kapalin, ohřevu kapalin a plynu.

Solární koncentrační čočkové zařízení má čočky o průměru až několika metrů tvořeny z obálek vytvarovaných do tvaru kulových vrchlíků z polymetylmetakrylátu, navzájem pevně kapalinotěsně osově spojených lepením a naplněných kapalinou, čímž vznikne optická čočka. Výhodou je nízká cena organického skla, jeho malá hmotnost, snadná dostupnost, malá energetická náročnost na tváření a dobrá tvárnost, dobrá optická průchodnost paprsků a ideální hladkost povrchu, odolnost proti povětrnosti a malá křehkost s dobrou pružností, schopnost pro spojení lepením s dobrou obrobitelnosti atd. K náplni čoček lze použít vodu, pro její snadnou dostupnost a nízkou cenu, schopnost homogenity hmoty a tím dobrou optickou lámavost. K náplni čoček lze použít líh pro nižší měrnou váhu než voda, schopnost nezamrzat při teplotách do —30 °C a lepší průchodnost slunečních paprsků. K náplni čoček lze použít glycerin pro nižší měrnou váhu než líh, schopnost nezamrzat do teplot až —35 °C, shodnou optickou lámavost s materiálem organického skla, index lomu obou je 1,5 a zlevnění nosného zařízení vlivem malé váhy. Pro upnutí čoček lze použít profilové nosiče z kovu, dřeva či plastických hmot, které je možno upravit do potřebných kruhových a podobných tvarů na usazení a upnutí čoček a je možno opatřit je otočnými čepy. Cepy pro upínací zařízení jsou železné nebo z různých kovů, kruhového tvaru umožňující otáčení kolem vodorovných a svislých os a upevnění na rámové konstrukce. Cepy budou pro zajištění potřebné polohy opatřeny šrouby. Rámové konstrukce jsou z oceli a umožňují nesení čoček pomocí jejich nosičů včetně upevnění na centrální čep. Centrální čep je z ocelí a umožňuje otáčení celého zařízení kolem svislé osy ve vodorovině. Za tepelný spotřebič v ohniskové rovině lze použít prvek, tvořený měděnými trubičkami stočenými do kruhové spirály dle průměru ohniska a proudící kapalina v trubičkách bude odebírat teplo. Za tepelný spotřebič v ohniskové rovině lze použít prvek, tvořený varným dutým diskem pro vývin a přehřátí páry, z jimž protékající kapaliny. Za tepelný spotřebič v ohniskové rovině lze použít prvek, tvořený prstencovou sluneční pecí pro ohřev a tavení materiálů.

Na připojených výkresech je znázorněno provedení solárního koncentračního čočkového zařízení podle vynálezu, kde na obr. 1 je schematicky půdorysně zobrazeno sestavení pro solární zařízení dle vynálezu. Na obr. 2 je znázorněn schematický pohled zpředu na zařízení podle vynálezu. Na obr. 3 je znázorněno ve schematickém detailu půdorysu sestavení čoček a sběrný prvek jako tepelný spotřebič s měděnými trubičkami. Na obr. 4 je znázorněn půdorysně schematicky detail sestavení čoček s tepelným spotřebičem dutým diskem. Na obr. 5 je znázorněn schematicky půdorys detailu sestavení čoček s tepelným spotřebičem prstencovou sluneční pecí. Solární koncentrační čočkové zařízení, např. podle obr. 3, je znázorněno s kapalinovými spojnými čočkami 1, 3, 14 o průměru min. 1 m až 10 m uspořádanými za sebou ve svých optických osách spolu s tepelným spotřebičem tvořeným např. z měděných trubek 15 na využití koncentrační energie s profilovými nosiči 8, čoček 1, 3, 14 a profilovými nosiči 8 tepelného spotřebiče 2 na využití koncentrační energie uložené na podélném nosiči 5 čoček 1, 3, 14 umožňujícím vzájemný osový posuv pouzder 9 čepů, které umožňují otáčení kolem vodorovné osy čoček 1, 3, 14 a 2, 15 tepelného spotřebiče, pouzdra 9 jsou opatřena zajišťovacími polohovými šrouby 13. Jako optická sestava 4 jsou vsazena do zařízení polohových čepů 11 umožňujícím otáčení kolem vodorovné osy, připevněných na nosný rám 10 spojený otočně s centrálním čepem 12 umožňujících otáčení konstrukce čočkového panelu 4 kolem svislé osy. Solární koncentrační čočkový panel 4 má čočky 1, 3, 14 o průměru až několik metrů tvořeny z obálek 6 vytvarovaných do tvaru kulového vrchlíku z polymetylmetakrylátu navzájem pevně kapalinově osově spojeny lepením a naplněny kapalinou 7 a každá čočka 1, 3, 14 je umístěna vždy před ohniskovou rovinou čočky 3 předcházející, přičemž poloměr zakřivení a průměr čoček 1, 3, 14 se postupně ve směru dopadajícího slunečního záření stále více zmenšuje a celková délka sestav čočkového panelu 4 se nejvíce rovná ohniskové vzdálenosti první čočky 1. Solární koncentrační čočkové zařízení má jako kapalinovou náplň 7 v čočkách 1, 3, 14 vodu, líh nebo glycerín. Čočky 1, 3, 14 jsou upnuty do profilových nosičů 8, které jsou vytvarovány vidlicově podle vnějších průměrů čoček 1, 3, 14, které jsou uspořádány za sebou v optických osách čoček 1, 3, 14 profilové nosiče 8 jsou upevněny do posuvných pouzder 9 čepů, které jsou uloženy na po2 5 0,2 5 5 dělných nosičích 5, které jsou uspořádány do řad vedle sebe tak, že se vytvoří čočkový panel 4 a ten pomocí polohových čepů 11, je upevněn do nosného rámu 10 tvaru U z trubek a ten opět otočně upevněn do centrálního čepu 12 zakotveného do podkladu. Solární koncentrační čočkové zařízení má tepelný spotřebič 2 pro pohlcení koncentrované sluneční energie, který může být tvořen měděnými trubičkami 15 stočenými do spirály v ohniskové rovině poslední čočky 14 dle jeho průměru, jimiž bude proudit kruhovitě po spirále kapalina určená k ohřátí. Dále může být tepelný spotřebič 2 tvořen varným dutým diskem 16 pro vývin par z kapalin a jejich přehřátí.

Nebo je tepelný spotřebič 2 tvořen prstencovou sluneční pecí 17, pro tavení a ohřátí materiálů.

Vynález řeší využití solární energie na kvalitativně nové úrovni, získáním vysokých tepelných hodnot, které dnešními technologiemi lze získat obtížně s vysokými investičními náklady nebo je nelze získat vůbec. Vynálezu lze využít pro úspory paliv, k ohřevu vody, výrobě páry pro pohon strojních zařízení v továrnách, lodích, elektrárnách atd., dále k tavení materiálů ve výrobě a také pro přímý převod sluneční energie na energii elektrickou pomocí fotočlánků.

Claims (12)

1. Solární koncentrační zařízení s kapalinovými spojnými čočkami a s tepelným spotřebičem v jejich ohniskové rovině, vyznačující se tím, že spojné čočky (3, 1, 14) jsou uspořádány ve svých optických osách pod sebou tak, že každá čočka (1, 14, 3) je umístěna vždy před ohniskovou rovinou čočky (1, 3, 14 j předcházející, přičemž poloměr zakřivení a průměr čoček (1, 3, 14 j se postupně ve směru dopadajícího slunečního záření zmenšuje a celá délka sestavy, určená kruhovou rovinou první čočky (1) a rovinou tepelného spotřebiče (2, 15, 16, 17), se nejvíce rovná ohniskové vzdálenosti první čočky (1), kde čočky (1, 3, 14} i tepelný spotřebič (2, 15, 16, 17) jsou uloženy otočně a současně posuvně vůči sobě se zajištěním jejich žádané polohy a v rámové konstrukci (10), která je jako celek uložena otočně na centrálním čepu (12) a natáčivě v bočních ložiskách (11).

2. Solární koncentrační zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že čočky (1, 3, 14) jsou tvořeny z obálek (6) vytvarovaných do tvaru kulového vrchlíku z polymetylmetakrylátu, navzájem pevně kapalinotěsně osově spojených lepením a naplněných kapalinou.

3. Solární koncentrační zařízení dle bodu 2, vyznačující se tím, že kapalinou je voda (7).

4. Solární koncentrační zařízení dle bodu 2, vyznačující se tím, že kapalinou je líh (7).

5. Solární koncentrační zařízení dle bodu 2, vyznačující se tím, že kapalinou je glycerín (7).

6. Solární koncentrační zařízení podle bodu 1 až 5, vyznačující se tím, že má pro

YNÁLEZU upnutí čoček (1, 3, 14) profilové nosiče (8) z kovu vytvarovány vidlicově podle vnějších průměrů čoček (1, 3, 14 j.

7. Solární koncentrační zařízení podle bodu 1 až 5, vyznačující se tím, že má pro upnutí čoček (1, 3, 14} nosiče (8) ze dřeva vytvarovány vidlicově podle vnějších průměrů čoček (1, 3, 14).

8. Solární koncentrační zařízení podle bodu 1 až 5, vyznačující se tím, že má pro upnutí čoček (1,3, 14) nosiče (8) z plastických hmot vytvarovaných vidlicově podle vnějších průměrů čoček (1, 3, 14).

9. Solární koncentrační zařízení podle bodu 1 až 8, vyznačující se tím, že profilové nosiče (8) jsou upevněny do posuvných pouzder (9) čepů, opatřených zajišťovacími polohovými šrouby (13), pouzdra (9) pak uloženy posuvně na podélných nosičích (5), sestavených do řad vedle sebe, tvořících sestavu čočkového panelu (4) a ten pomocí polohových čepů (lij je upevněn do nosného rámu (10) tvaru U z profilů a ten opět upevněn do centrálního čepu (12).

10. Solární koncentrační zařízení podle některého z předcházejících bodů 1 až 9, vyznačující se tím, že tepelný spotřebič (2) je tvořen měděnými trubičkami (15) stočených do spirály.

11. Solární koncentrační zařízení podle některého z předcházejících bodů 1 až 9, vyznačující se tím, že tepelný spotřebič (2) je tvořen varným dutým diskem (16).

12. Solární koncentrační čočkové zařízení podle některého z předcházejících bodů 1 až 9, vyznačující se tím, že tepelný spotřebič (2) je tvořen prstencovou sluneční pecí (17).