CZ18955U1 - Solární koncentrační kolektor - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká solárního koncentračního kolektoru, který' je určen pro použití na fasádách, a který slouží jednak jako vnéjší plášť a výplň stavebních otvoru budov a obvodových kon5 strukci, a jednak má funkci odstínění interiéru a získání tepelné energie pro další využití.

Dosavadní stav techniky

Doposud se k zastínění fasád budov využívají převážně pasivní prvky jako např. žaluzie, markýzy, okenice, pevné stínící konstrukce apod. Nevýhoda těchto způsobů zastínění spočívá v tom, že dopadající sluneční záření buďto odrážejí nebo pohlcují v celém rozsahu (spektru), ale nedovoio lují oddělit přímou sluneční složku, která způsobuje přehřívání interiéru, od nepřímé difusní složky, která je žádoucí pro osvětlení interiéru měkkým rozptýleným světlem, aniž by jej přehřívala. Tylo známé způsoby zastínění také neumožňují zachytit a dále využít energii slunečního záření zadrženého stíněním.

Z patentového spisu CZ 284 185 je známo solární okno, které sestává z rastrových čoček, pevně i5 umístěných před absorbéry koncentrovaného záření. Tyto absorbéry leží v základní poloze v ohniscích rastrových čoček, a jsou pevné umístěné na vnitřním rámu, který je uspořádán pohyblivě v jedné rovině rovnoběžné s rovinou rastrových čoček. Pri posunutí rámu mimo ohnisko prochází dovnitř přímá i difusní složka, v základní poloze pouze difusní složka slunečního záření koncentrovaného rastrovými čočkami.

zo Výše popsané solární okno umožňuje osvětlit prostor interiéru výhradně difusní složkou slunečního záření, a energii přímé složky slunečního záření pohlcenou absorbérem odvést z osvětlovaného prostoru a jako užitečnou energii ji využít např. k ohřevu teplé užitkové vody. Solární okno lze využít na střechy s přibližně jižní orientací, nikoliv na fasády, neboť jeho podstatnou součást tvoří symetrická čočka, určená pro kolmý dopad slunečního zářeni, a tedy střešní okno lze využit pouze do opláštění v rozmezí úhlů od 30° do 50°.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky zcela odstraňuje solámí koncentrační kolektor podle tohoto technického řešení. Podobné jako u známého solárního okna je řešení založeno na principu koncentrace slunečního záření rastrovými čočkami do ohnisek, kde jsou prostředky pro zamezení prostupu přímé složky koncentrovaného záření, uspořádané na vnitřním rámu pohyblivém rovnoběžné s rovinou rastrových čoček, přičemž naváděcí a řídicí elektronika reguluje pohyb rámu tak, aby se interiér nepřehříval.

Podstata předloženého technického řešení spočívá v tom, že rastrové čočky jsou korigované pro šikmý dopad slunečního záření, jsou upevněny v zasklívací konstrukci ťasády nebo obvodové steny, a vnitřní pohyblivý rám je uložen s možností svého pohybu v proměnné vzdálenosti od roviny rastrových čoček, přičemž prostředky pro zamezení prostupu přímé složky koncentrovaného slunečního záření jsou tvořeny absorbéry nebo odrážecí. V tomto řešení lze využít v podstatě svislé desky s rastrovými čočkami z efektivní koncentraci slunečního záření a k následné regulaci poměru přímé a difusní složky propouštěné do interiéru. Ve výhodném provedeni teeh40 mekého řešení je vnitřní pohyblivý rám uložen alespoň na dvou protilehlých vedeních, uspořádaných rúznoběžně k rovině rastrových čoček. Tato vedení zajišťují kombinovaný trans lační pohyb rámu podél roviny rastrových čoček a ve směru k této rovině i od ní.

Dále je výhodné, když vedení jsou vytvořena $ možností nastaveni jejich distance od roviny rastrových čoček, takže je možno regulovat rozsah vzdáleností ve kterých se vnitřní pohyblivý rám pohybuje ve směru kolmém na rovinu rastrových čoček.

CZ 18955 Ul

Rovněž je výhodné, když vedení jsou oblouková, přičemž oblouk vedení je tvarován tak, že vzdálenost vnitřního pohyblivého rámu od roviny rastrových čoček je největší v jeho homí poloze a nejmenší v jeho spodní poloze, Obloukový tvar vedení zajišťuje plynulý chod vnitřního pohyblivého rámu a optimálně jej přizpůsobuje poloze ohnisek rastrových čoček.

Vnitřní pohyblivý rám je k vedením s výhodou upevněn pomocí třmenu s vodic i mi kladkami, které jsou ve třmenech uloženy výkyvné,

V dalším výhodném provedení technického řešení jsou absorbéry nebo odrazcee uloženy šikmo vůči rovině vnitřního pohyblivého rámu, takže jsou lépe nastaveny pro dopad koncentrovaného záření v ohniskách rastrových čoček.

Absorbéry jsou s výhodou tvořeny dutými profily protékanými vodou a připojenými k potrubím, kterými je možno akumulovat ohřátou vodu v akumulačním zásobníku a využívat k dalšímu ohřevu.

V dalším výhodném provedení technického řešení je pohon vnitrního pohyblivého rámu tvořen pohonnou jednotkou se dvěma výstupními lany, která je uspořádána proti homí středové části rámu, přičemž lana jsou vedena stranově symetricky pres výkyvné kladky a přes závěsné kladky k homí části rámu, kde jsou upevněna. Tento mechanismus spolehlivě vede vnitřní pohyblivý rám po trajektorii kombinovaného translaěního pohybu kterou vymezují vedení,

Závěsné kladky jsou s výhodou uloženy na výložnících s možností nastavení jejich distance od roviny rastrových čoček, takže je možné regulovat jejich polohu do stejné úrovně v jaké se re20 guluje základní poloha vnitřního pohyblivého rámu.

Nakonec je výhodné, když zasklívací konstrukce s rastrovými čočkami, vnitřní pohyblivý rám, pohonná jednotka, výkyvné kladky i závěsné kladky jsou upevněny k pevnému rámu fasády nebo obvodové stěny ve stavebním otvoru.

Výhoda solárního koncentračního kolektoru podle technického řešení spočívá v tom, že spojuje funkci průmyslového stavebního prvku pro opláštění budov a obvodových konstrukcí a vvjplnc stavebních otvoru s funkcí odstínění interiéru a event. i s funkcí zdroje tepla vyrobeného z obnovitelného zdroje. Pomoci solárního koncentračního kolektoru je možné osvětlit interiér i jiných než podkrovních a půdních místností výhradně difusní složkou slunečního zářeni, popř, kombinací jeho difusní a přímé složky, a energii přímé složky slunečního záření buď odrazit, nebojí prostřednictvím absorbérú odvést z osvětlovaného prostoru a využít ji např. k ohřevu teplé užitkové vody.

Přehled obrázku na výkresech

Technické řešení bude blíže osvětleno pomocí výkresů, na nichž znázorňují obr. 1 šikmý perspektivní celkový pohled na solární koncentrační kolektor z boku a zezadu, obr. 2 perspektivní detailní pohled zpředu a z boku na uložení vnitřního pohyblivého rámu a absorbéru koncentrovaného slunečního záření, obr. 3 perspektivní detailní pohled shora na uložení vnitřního pohyblivého rámu s výklopnou kladkou a závěsnou kladkou, obr. 4 schematický řez rastrovou čočkou upravenou pro šikmý dopad slunečního záření.

Příklady provedení technického řešení

4o Rozumí se, ze dále popsané a zobrazené konkrétní příklady uskutečněni technického řešeni jsou představovány pro ilustraci, nikoli jako omezení příkladů provedeni technického řešení na uvedene případy. Odborníci znalí stavu techniky najdou nebo budou schopni zjistit za použití rutinního experimentování větší či menší počet ekvivalentu ke specifickým uskutečněním technického řešení, která jsou zde speciálně popsána. I tyto ekvivalenty budou zahrnuty v rozsahu následuji·? cích nároku na ochranu.

CZ 18955 Ul

Fasáda nebo obvodová stěna má stavební otvor, ve kterém je kovový, dřevěný nebo plastový pevný rám 3 se zasklívací konstrukcí JJ na venkovní straně. Zasklívací konstrukce JJ je tvořena izolačním dvojsklem osazeným v obvodovém rámu, např. z plastu. Venkovní sklo je opatřeno soustavou rastrových čoček 2, které vytváří obraz Slunce podobně jako válcové čočky s tím roz5 dílem, že jejich hmotnost a objem jsou mnohonásobně menší a lze je průmyslově vyrábět. Čočky 2 jsou tvarově upraveny pro šikmý dopad slunečního záření, jak je vidět na obr. 4. U rastrových čoček určených pro střechy jde o čočky nekorigované, tj. v ideálním stavu na ní paprsky dopadají kolmo, na prvním rozhraní vzduch-sklo k lomu nedochází, a druhé rozhraní sklo-vzduch nasměruje paprsek do ohniska. Korigovaná rastrová čočka 2, znázorněná na obr. 4, je navržena a tvaroio vě upravena pro bezaberační stav (tj. bez optických vad) při dopadovém úhlu φ = 30°, kdy paprsek dopadá na první plochu (rozhraní vzduch-sklo) čočky 2 pod úhlem φ = 30°. láme se na ní, a po lomu na druhé ploše (rozhraní sklo-vzduch) čočky 2 je nasměrován do výpočtového ohniska ve vzdálenosti F.

Na vnitřní straně pevného rámu 3 (směrem do interiéru) je uspořádán vnitřní pohyblivý rám 4 svařený z tenkých uzavřených kovových profilů. Na rámu 4 jsou horizontálně v několika řadách nad sebou osazeny buď absorbéry 5 nebo odražeče koncentrovaného záření, které se v základní poloze rámu 4 nacházejí v ohniscích rastrových čoček 2. Absorbéry 5 nebo odražeče jsou na rámu 4 uloženy šikmo, a jejich sklon je neměnný. Absorbéry 5 jsou vytvořeny ve tvaru dutých profilů, kterými protéká voda, a jejichž čelní šikmá stenaje ohřívána koncentrovaným zářením v ohnisku rastrových čoček 2, a zabraňuje prostupu přímé složky koncentrovaného záření do interiéru. Jednotlivé absorbéry 5 jsou navzájem propojeny potrubím JJ, které je napojeno do nezobrazeného akumulačního zásobníku. V některých případech není požadováno nebo není technicky možné instalovat v místnosti potrubí JJ, akumulační zásobník a další zařízení spojená s ohřevem teplé užitkové vody. Pak jsou na rámu osazeny pouze odražeče, které mají podobný tvar jako absorbéry 5, ale neprotéká jimi voda, a jejich šikmá čelní stěna slouží pouze k odrazu přímé složky koncentrovaného záření ven z interiéru. Na obrázcích jsou odražeče v čelním pohledu zobrazeny stejným způsobem jako absorbéry 5.

Vnitřní pohyblivý rám 4 je rovnoběžný $ rovinou rastrových čoček 2, ale pohybuje se v této poloze v kombinovaném translacním pohybu ve směru podél rastrových čoček 2 a zároveň ve směru k rastrovým čočkám 2/od rastrových čoček 2, takže se v průběhu pohybu mění jeho vzdálenost 1 (a tím i vzdálenost absorbéru 5 nebo odražečů od roviny rastrových čoček 2. Vzdálenost J vnitřního pohyblivého rámu 4 od rastrových čoček 2 je závislá na orientaci objektu a trajektorii slunce nad obzorem. Tato vzdálenost l se mění pro letní a zimní období, pokud je orientace fasády striktně jižní, v ostatních orientacích je nutno ji měnit i v průběhu dne. Pohyb rámu 4 je za35 jištěn pohonem spojeným s nezobrazenou elektronickou řídicí jednotkou, která je programovatelná, a mechanickými naváděcími prostředky.

Pohon je tvořen pohonnou jednotkou 6, která je upevněna na pevném rámu 3 v oblasti proti homí středové části vnitřního pohyblivého rámu 4. Z pohonné jednotky 6 vycházejí horizontálně dvě tažná lana 7, každé na jednu stranu podél roviny vnitrního pohyblivého rámu 4. Na pevném rámu

3 jsou nad vnitřním pohyblivým rámem 4 po stranách upevněny konzole JJ, na kterých jsou upevněny speciální výkyvné kladky 8, přes ktere jsou lana 7 vedena na homí závěsné kladky 9 uložené na výsuvných výložnících 16 na pevném rámu 3. Výložníky JJ jsou vytvořeny z kovových uzavřených profilů uložených suvně s možnosti aretace v pouzdrech JJ upevněných ke stojinám pevného rámu 3. Změnou délky vyložení závěsných kladek 9 se mění silové poměry' v kinematice zvedání a spouštění vnitřního pohyblivého rámu 4. Speciální výkyvná kladka 8 přizpůsobuje automaticky úhel svého natočení délce vyložení závěsné kladky 9.

Mechanika pohonu sestávající z pohonné jednotky 6, lan 7, výkyvných kladek 8 a závěsných kladek 9 zajišťuje zvedání a spouštění vnitřního pohyblivého rámu 4. Přibližování a oddalování rámu 4 bod roviny rastrových čoček 2 je vyřešeno pohybem rámu 4 po čtyřech obloukových vedeních 10, která jsou ve dvojicích nad sebou upevněna po stranách vnitřního pohyblivého rámu 4 k pevnému rámu 3. Oblouk zakřiveni vedení .10 je tvarován tak, že vzdálenost 1 od roviny rastrových čoček 2 je největší v homí poloze vnitřního pohyblivého rámu 4, a nejmenší ie v jeho . i,

CZ 18955 Ul spodní poloze. Tvar vedení j_0 muže mít celou řadu jiných variant, které vždy vycházejí z konkrétní orientace objektu. Tvar vedení 10 je navrhován tak, aby se absorbéry 5 nebo odražeče 5 vždy nacházely v místě maximálního ozáření.

Vnitřní pohyblivý rám 4 se po vedeních 10 pohybuje pomocí vodicích kladek 12, které jsou vý5 kyvně uloženy ve třmenech H přivařenýeh na bocích vnitřního pohyblivého rámu. Oblouková vedení Π) mají homí a spodní ramena 1_8, která jsou uložena suvně s možností aretace v pouzdrech 19 upevněných ke stojinám pevného rámu 3. Změnou vyložení ramen L8 se mění rozsah vzdáleností 1 pohybu vnitřního pohyblivého rámu 4 ve směru k/od roviny rastrových čoček 2.

Solární koncentrační kolektor 1 pracuje tak, že pohybem vnitřního pohyblivého rámu 4 s ío absorbéry 5 nebo odrážecí koncentrovaného záření reguluje množství propouštěného přímého slunečního záření, přičemž tento složený pohyb probíhá jak ve směru rovnoběžném s rovinou rastrových čoček 2, tak ve směru kolmém na tuto rovinu. Pokud je vnitřní pohyblivý rám 4 s absorbéry 5 nebo odrážecí nastaven tak, že obraz Slunce vytvořený rastrovými čočkami 2 je zobrazený na absorberech 5 nebo odrážecích koncentrovaného záření, je prostor interiéru (prostor za vnitřním pohyblivým rámem 4) osvětlen výhradně difusní složkou slunečního záření bez kontrastních stínů a neprehřívá se. Pokud je požadováno zvýšení teploty v prostoru interiéru, řídicí elektronika, která je programovatelná, ovladatelná manuálně i pomocí teplotních čidel, dá signál pohonné jednotce 6, která přes lana 7, výkyvné kladky 8 a závěsné kladky 9 změní polohu vnitřního pohyblivého rámu 4 na vedeních Jý). Absorbéry 5 nebo odražeče se posunou mimo ohniska rastrových čoček 2, a do interiéru pak prochází jak difusní tak i přímá složka slunečního záření. Pokud jsou použity absorbéry 5, tak je zároveň ohřívána i voda, která se potrubím 14 odvádí a využívá se jako užitečná energie pro ohřev jiných prostor nebo jako teplá užitková voda apod.

Průmyslová využitelnost

Solární koncentrační kolektor podle technického řešení lze využít na fasádách jako vnější plášť a výplň stavebních otvorů budov a obvodových konstrukcí, u kterých je potřeba odstínit interiér, regulovat jeho teplotu pomocí přímé složky slunečního záření, a využívat zadrženou sluneční energii k dalším účelům.

Claims (10)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   30 1. Solární koncentrační kolektor (1) sestávající z pevných rastrových čoček (2) a z prostředků pro zamezení prostupu přímé složky koncentrovaného slunečního záření do interiéru, ležících v základní poloze v ohniscích rastrových čoček (2) a uspořádaných na vnitřním pohyblivém rámu (4), který je rovnoběžný s rovinou rastrových čoček (2), a pohybuje se rovnoběžně s ní, přičemž je spojen s pohonem a s řídicí elektronikou, vyznačující se tím, že rastrové čočky

   -? í2) jsou upraveny pro šikmý dopad slunečního záření, jsou upevněny v zasklívací konstrukci (13) fasády nebo obvodové steny, a vnitřní pohyblivý rám (4) je uložen s možností svého pohybu v proměnné vzdálenosti (1) od roviny rastrových čoček (2), přičemž prostředky pro zamezení prostupu přímé složky koncentrovaného slunečního záření jsou tvořeny absorbéry (5) nebo odražeči.
2. 2. Solární koncentrační kolektor podle nároku 1, vyznačující se tím. že vnitřní

   40 pohyblivý rám (4) je uložen alespoň na dvou protilehlých vedeních (10), uspořádaných rúznoběžně k rovině rastrových čoček (2).
3. 3. Solární koncentrační kolektor podle nároku 2, vyznačující se tím, že vedení (10) jsou vytvořena s možností nastavení jejich distance od roviny rastrových čoček (2).

   -4CZ 18955 Ul
4. 4. Solární koncentrační kolektor podle nároku 2 nebo 3, vyznačující se tím, Že vedení (10) jsou oblouková, přičemž oblouk vedení (10) je tvarován tak, že vzdálenost (i) vnitrního pohyblivého rámu (4) od roviny rastrových čoček (2) je největší v jeho homí poloze a nejmenší v jeho spodní poloze.
5. 5 5. Solární koncentrační kolektor podle nároku 4, vyznačující se tím, že vnitrní pohyblivý rám (4) je k vedením upevněn pomocí třmenu (11) s vodícími kladkami (12), které jsou ve třmenech (11) uloženy výkyvně.
6. 6. Solární koncentrační kolektor podle alespoň jednoho z nároku 1 až 5. vyznačující s c tím. že absorbéry (5) nebo odražeée jsou uloženy šikmo vůči rovině vnitřního pohybli0 v eho rámu (4).
7. 7. Solární koncentrační kolektor podle nároku 6, vyznačující se tím že absorbéry (5) jsou tvořeny dutými profily protékanými vodou a připojenými k potrubím (14).
8. 8. Solární koncentrační kolektor podle alespoň jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že pohon vnitřního pohyblivého rámu (4) je tvořen pohonnou jednotkou (6) se dvěma

   5 výstupními lany (7), která je uspořádána proti homí středové části rámu (4), přičemž lana (7) jsou vedena stranové symetricky přes výkyvné kladky (8) a přes závěsné kladky (9) k homí časti rámu (4), kde jsou upevněna,
9. 9. Solární koncentrační kolektor podle nároku 8, vyznačující se tím, že závěsné kladky (9) jsou uloženy na výložnicích (16) s možností nastavení jejich distance od roviny rasto rových čoček (2).
10. 10. Solární koncentrační kolektor podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím. že zasklívací konstrukce (13) s rastrovými čočkami (2), vnitřní pohyblivý rám (4), pohonná jednotka (6). výkyvné kladky (8) i závěsné kladky (9) jsou upevněny k pevnému rámu (3) fasády nebo obvodové stěnv ve stavebním otvoru.