CZ279801B6 - Zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření - Google Patents

Abstract

Zařízení obsahuje nejméně jeden hnací prvek (2) ve tvaru zakřiveného konkávního plechu opatřený prostředky pro shromažďování energie slunečního záření, umístěný v pouzdře (1). Hnací prvek (2) je jedním koncem spojen s částí rotoru umístěnou v pouzdře a druhým koncem je spojen se statorem (4), jehož část je rovněž umístěna uvnitř pouzdra (1). Spojná čočka (8) je spojena s rotorem (5) a její ohnisko leží v oblasti tohoto konce hnacího prvku (2), který je spojen s rotorem (5) a rotor (5) je opatřen prostředky pro spojení s kolektorem slunečního záření.ŕ

Description

Vynález se týká zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření, které pracuje na principu tvarové paměti kovů.

Dosavadní stav techniky

Existující aktivní sledovače slunce pracují obvykle na principu hodinových strojů nebo na principu elektrooptických čidel slunce. Takové sledovače mohou pracovat s velkou přesností. Tyto sledovače jsou složité a proto i nákladné a málo spolehlivé.

Dále byly popsány pasivní sledovače slunce pracující na principu tepelné roztažnosti hmoty, chráněné například U.S. patentem 4 091 799, a na principu tvarové paměti kovů, chráněné například U.S. patenty 4 498 456 a 4 986 255, které jsou méně složité a méně nákladné než aktivní sledovače, ale pracují s velmi malou účinností.

Například v U.S. patentu 4 986 255 je konkávně zakřivený plech ze slitiny s tvarovou pamětí upevněn oběma konci na stator a spojná čočka, s výhodou cylindrická, je pevně spojená se statorem a umístěná nad zakřiveným plechem soustřeďuje sluneční záření na zmíněný plech který by se měl, v důsledku zvýšené teploty v ohnisku čočky, tepelně deformovat. S pohybem slunce po obloze se posouvá také oblast zvýšené teploty v ohnisku čočky na plechu ze slitiny s tvarovou pamětí. Pohyb deformované oblasti na plechu ze slitiny s tvarovou pamětí se přenáší na rotor zařízení spojený s kolektorem sluneční energie otočnou zalomenou hřídelí.

Ohnisko spojné čočky je stále směrováno na plech ze slitiny s tvarovou pamětí. Není možné řízení vstupní sluneční energie. To může způsobit, zejména v horkém prostředí, přehřívání plechu ze slitiny s tvarovou pamětí. Protože slitiny s tvarovou pamětí pracují v poměrně úzkém rozsahu teplot 20 až 30 K nad transformační teplotou zařízení přestane brzy pracovat. Když bude zvolena vysoká transformační teplota zařízení nebude pracovat při nízkých teplotách okolí proto, že sluneční energie soustředěná čočkou nebude schopná ohřát plech ze slitiny s tvarovou pamětí na transformační teplotu.

Optická osa spojné čočky upevněné na stator není v průběhu pracovní doby většinou rovnoběžná s dopadajícími slunečními paprsky. Optické vady které se v takovém případě vyskytují mají za následek sníženou přesnost zařízení.

Protože zařízení není zapouzdřeno přestane v krátké době pracovat díky znečištěným optickým plochám čočky a plechu ze slitiny s tvarovou pamětí. Zařízení může být pravidelně čištěno, ale tím ztrácí výhodu samostatného provozu.

Protože oba konce konkávně zakřiveného plechu ze slitiny s tvarovou pamětí jsou upevněny na stator dojde ke kompenzac sil v plechu při jeho deformaci. Důsledkem bude velmi nízká účinnost přeměny solární energie na energii mechanickou.

-1CZ 279801 B6

Podstata vynálezu

Nedostatky známého stavu řeší zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření podle vynálezu využívající vlastnosti slitin s tvarovou pamětí. Součást vyrobená ze slitiny s tvarovou pamětí, deformovaná při teplotě nižší než je teplota transformační, se vrátí do původního tvaru před deformací při zvýšení teploty slitiny nad transformační teplotu. Součást vyrobená ze slitiny s obousměrnou tvarovou pamětí se po snížení teploty pod teplotu transformační opět vrátí do deformovaného tvaru. U součástí vyrobených ze slitiny s jednosměrnou tvarovou paměti je použit pro návrat do deformovaného tvaru jiný přídavný prvek. To umožňuje součástem vyrobeným ze slitin s tvarovou pamětí konat mechanickou práci při opakovaném ohřívání a ochlazování. Účelem vynálezu je zachycení maximálního množství sluneční energie na slunečních kolektorech.

Zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření podle vynálezu obsahuje stator a rotor otočně spojený se statorem a čočku pro soustředění slunečního záření a nejméně jeden hnací prvek ze slitiny s tvarovou pamětí ve tvaru zakřiveného konkávního plechu umístěný v oblasti ohniska čočky.

Podstata vynálezu spočívá v tom, že hnací prvek opatřený prostředky pro shromažďování energie slunečního záření, je umístěný v pouzdře, a je jedním koncem spojen s částí rotoru umístěnou v pouzdře a druhým koncem je spojen s částí statoru také umístěnou uvnitř pouzdra. Spojení jednoho konce hnacího prvku se statorem a druhého konce hnacího prvku s rotorem umožňuje přímý přenos síly z hnacího prvku na rotor.

Spojná čočka umístěná na pouzdře je spojena s rotorem a její ohnisko leží u toho konce hnacího prvku který je spojen s rotorem. Spojení čočky s rotorem umožňuje v průběhu sledování slunce udržovat optickou osu čočky stále přibližně rovnoběžnou s dopadajícími slunečními paprsky. Tím jsou potlačeny některé optické vady které se vyskytují v systémech s čočkou spojenou se statorem kde optická osa čočky není většinou rovnoběžná s dopadajícími slunečními paprsky. Poloha ohniska čočky u konce hnacího prvku umožňuje automatickou regulaci přísunu sluneční energie na hnací prvek na principu zpětné vazby. Rotor je opatřen prostředky pro spojení s kolektorem slunečního zářeni.

Opatření hnacích prvků prostředky pro shromažďování energie slunečního záření které zahrnují opatření vnitřního povrchu hnacího prvku povrchovou úpravou absorbující sluneční záření a/nebo tepelnou izolací, například plastovou fólii, propouštějící sluneční záření a nepropouštějící tepelné záření hnacího prvku a/nebo opatření vnějšího povrchu hnacího prvku povrchovou úpravou s nízkou emisivitou a/nebo tepelnou izolací nepropouštějící tepelné záření hnacího prvku a/nebo kombinací těchto prostředků zvyšuje množství sluneční energie zachycené hnacími prvky.

Nej jednodušší provedení zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření podle vynálezu s rozsahem natáčení cca 70“ je s použitím jednoho hnacího prvku ze slitiny s jednosměrnou tvarovou pamětí. Takové zařízení je opatřeno předpínací pružinou spo

-2CZ 279801 B6 jenou jedním koncem s rotorem a druhým koncem se statorem která vrací zařízení do výchozí polohy.

Rotor je spojen s kolektorem slunečního záření s výhodou pomocí samosvorného převodu který chrání zařízení před vnějšími silami například při větrných bouřích.

Prachotěsné pouzdro chrání optické a mechanické součásti zařízení v něm umístěné před znečištěním.

Pro zlepšení přesnosti orientace kolektorů slunečního záření je výhodné doplnit spojnou čočku rozptylkou na achromatickou soustavu.

Čočka může být opatřena stěračem čočky připevněným na stator.

Vnější povrch čočky je opatřen otěruvzdornou vrstvou která chrání povrch čočky při stírání před poškozením.

Pro snížení teploty uvnitř pouzdra je na rotoru v blízkosti ohniska čočky umístěno zrcadlo odrážející sluneční záření, které nedopadá na vnitřní povrch hnacích prvků, ven z pouzdra.

Pro dodržení přibližně konstantního ohybového namáhání hnacích prvků se průřez hnacích prvků zmenšuje od středu k oběma koncům.

Přehled obrázků

Na připojených výkresech jsou schematicky znázorněny příklady provedení zařízení podle vynálezu.· Zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření opatřené jedním hnacím prvkem ze slitiny s jednosměrnou tvarovou pamětí je znázorněno na obr. 1 ve výchozí poloze před východem slunce, na obr. 2 je v aktivní poloze po východu slunce, na obr. 3 je půdorys zařízení. Zařízení opatřené dvěma hnacími prvky ze slitiny s obousměrnou tvarovou pamětí je znázorněno na obr. 4 ve výchozí poloze před východem slunce, na obr. 5 je v aktivní poloze po východu slunce a na obr. 6 je půdorys zařízení.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Na obr. 1, 2 a 3 se zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření skládá z válcového plastového pouzdra 1 s plastovým tubusem 6 připevněným kolmo na jeho podélnou osu. V tubusu 6 je zatmelena spojná čočka 8 opatřená na vnějším povrchu otěruvzdorným povlakem. Válcové pouzdro 1 as pouzdrem pevně spojený rotor 5 ve tvaru U jsou otočně uloženy na částech dělené osy 7, která je pevně spojena se statorem 4 ve tvaru U, nacházejícím se uvnitř pouzdra 1. Pouzdro £ je prachotěsné. Hnací prvek 2 ve tvaru zakřiveného konkávního plechu umístěný v pouzdře 1 v oblasti ohniska spojné čočky £ je jedním koncem spojen s částí rotoru 5 umístěnou v pouzdře 1 a druhým koncem je spojen se statorem 4, jehož část je také umístěna uvnitř pouzdra 1. Pod transformační

-3CZ 279801 B6 teplotou má hnací prvek 2 ve výchozí poloze konkávní tvar který je ukázán na obr. 1. Tlouštka hnacího prvku 2 se od konců ke středu zvětšuje z 0,5 mm na 1,0 mm. Vnitřní povrch hnacího prvku 2 je opatřen vrstvou absorbující sluneční záření a dále metalizovanou plastovou fólií propouštějící sluneční záření a nepropouštějící tepelné záření hnacího prvku 2. Vnější povrch hnacího prvku 2 je vyleštěn a opatřen tepelnou izolací. Předpínací listová pružina 3. spojená jedním koncem se statorem _4 a druhým koncem s rotorem 5 má přibližně stejný konkávní tvar jako hnací prvek 2. V ohnisku spojné čočky 8, které, leží u toho konce hnacího prvku 2 který je spojen s rotorem 5, je na rotoru 5 umístěno zrcadlo 12.

Rameno stěrače 9 je upevněno na ose 7 která je součástí.statoru 4_. Čisticí břit stěrače 9 je z teflonu.

Rotor 5 pevně spojený s pouzdrem 1 je opatřen převodovými prostředky 10 pro spojení s nosníky 14 kolektorů 13 slunečního zářeni.

Funkce zařízení je následující. Před východem slunce je hnací prvek 2 předpínací pružinou nastaven do výchozí polohy. Po východu slunce spojná čočka 8. soustřeďuje sluneční záření na hnací prvek 2, který se vlivem zvýšené teploty svinuje dokud ohnisko spojné čočky 8. nedopadne mimo hnací prvek 2 na zrcadlo 12 která odráží sluneční záření zpět ven z pouzdra. Každá změna polohy ohniska spojné čočky 8 vyvolá takovou deformaci hnacího prvku 2, která posune rotor 5 a na rotoru 5 umístěné zrcadlo 12 do ohniska spojné čočky 8. Protože je rotor 5 opatřen převodovými prostředky 10 pro spojení s nosníky 14 kolektorů 13 slunečního záření otáčejí se kolektory 13 slunečního záření současně s rotorem 5.

Rozsah automatického natáčení kolektorů slunečního záření je v tomto uspořádání cca 70°.

Příklad 2

Na obr. 4, 5 a 6 se zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření skládá z válcového plastového pouzdra 1 s plastovým tubusem 6 připevněným kolmo na jeho podélnou osu. V tubusu 6 je zatmelena achromatická spojná čočka 15 opatřená na vnějším povrchu otěruvzdorným povlakem. Válcové pouzdro las pouzdrem pevně spojený rotor 5 ve tvaru U jsou otočně uloženy na částech dělené osy 7, která je pevně spojena se statorem 4 ve tvaru obdélníka, nacházejícím se uvnitř pouzdra i. Hnací prvky 2 ve tvaru zakřiveného konkávního plechu umístěné v pouzdře 1 v oblasti ohniska achromatické čočky 15 jsou jedním koncem spojeny s částí rotoru 5. umístěnou v pouzdře 1 a druhým koncem jsou spojeny se statorem

4., jehož část je také umístěna uvnitř pouzdra 1.

Při teplotě nižší než je teplota transformační jsou hnací prvky 2 deformovány do konkávního tvaru zobrazeného na obr. 4. Vnitřní i vnější povrch hnacích prvků 2 je vybaven stejně jako u příkladu 1. V ohnisku achromatické čočky 15., které leží mezi konci hnacích prvků 2 spojenými s rotorem 5, je na rotoru 5 umístěno zrcadlo 12. Rotor 5 pevně spojený s pouzdrem 1 je opatřen

-4CZ 279801 B6 samosvorným převodem 11 pro spojení s nosníky 14 kolektorů 13 slunečního záření.

Funkce zařízení je následující. Před východem slunce jsou oba hnací prvky 2 ve výchozí poloze. Po východu slunce achromatická čočky 15 soustřeďuje sluneční záření na jeden z hnacích prvků 2, který se po překročení transformační teploty deformuje dokud se ohnisko achromatické čočky 15 nepřemístí na zrcadlo 12, umístěné na rotoru 5, které odráží sluneční záření zpět ven z pouzdra. Každá změna polohy ohniska achromatické čočky 15 vyvolá takovou deformaci hnacích prvků 2, že se rotor 5 automaticky nastaví do polohy, ve které je zrcadlo 12 v ohnisku achromatické čočky 15.. Protože je rotor 5 opatřen samosvorným převodem 11 pro spojení s nosníky 14 kolektorů 13 slunečního záření otáčejí se kolektory 13 slunečního záření současně s rotorem 5. Když je vnější kroutící moment působící na kolektory 13 slunečního záření větší než kroutící moment rotoru 5, zablokuje samosvorný převod 11 rotor 5..

Rozsah automatického natáčení kolektorů slunečního záření je v tomto případě cca 140°.

Předcházející popis uspořádání zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření ukazuje pouze některé příklady zařízení a nepředstavuje všechny existující varianty zařízení možné podle vynálezu.

U popsaného zařízení je možné, mimo jiné, obměňovat typ čočky a spojení pouzdra s rotorem nebo se statorem v rámci v oboru běžných znalostí.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření podle vynálezu je použitelné všude, kde se využívá sluneční energie, například k ohřevu vody, k přeměně na elektrickou energii a podobně .

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (10)

1. Zařízení pro orientaci kolektorů slunečního záření zahrnující stator a rotor otočně spojený se statorem a čočku pro soustředění slunečního záření a alespoň jeden hnací prvek ze slitiny s tvarovou pamětí ve tvaru zakřiveného konkávního plechu umístěný v oblasti ohniska čočky, vyznačující se tím, že hnací prvek (2) opatřený prostředky pro shromažďování energie slunečního záření, je umístěn v pouzdře (1), a je jedním koncem spojen s částí rotoru (5) umístěnou v pouzdře (1) a druhým koncem je spojen s částí statoru (4), umístěnou také v pouzdře (1), přičemž spojná čočka (8, 15) je spojena s rotorem (5) a její ohnisko leží v oblasti toho konce hnacího prvku (2), který je spojen s rotorem (5) a rotor (5) je opatřen prostředky pro spojení s kolektory slunečního záření.

-5CZ 279801 B6

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že prostředky pro shromažďováni energie slunečního záření zahrnují opatření vnitřního povrchu hnacího prvku (2) povrchovou úpravou absorbující sluneční záření a tepelnou izolací, například plastovou fólií, propouštějící sluneční záření a nepropouštějící tepelné záření hnacího prvku (2) a opatření vnějšího povrchu hnacího prvku (2) povrchovou úpravou s nízkou emisivitou a tepelnou izolací nepropouštějící tepelné záření hnacího prvku (2).

3. Zařízení podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že je opatřeno pružinou (3), pro deformaci hnacího prvku (2) pod transformační teplotou, spojenou jedním koncem s rotorem (5) a druhým koncem se statorem (

4).

5.

6.

7.

8.

Zařízení podle že prostředkem nečního záření

Zařízení podle že pouzdro (1) nároku 1, vyznačuj pro spojení rotoru (5) s je samosvorný převod (11).

nároku 1, v je provedeno nároku 1, v ící se t kolektorem (13) í m, sluy z n a č u j prachotěsně.

ící í m,

Zařízení podle že spojná čočka (15) je achromatická.

6 , v y z připevněn ící í m, n a č u stěrač j i (9) c čočky s e (8,

Zařízení podle nároků tím, že vnější povrch nou vrstvou.

1 a čočky

6 , v y z (8, 15) je a č u opatřen c í otěruvzdor-

9. Zařízení podle nároků 1 a 6, vyznačující se tím, že podél konce rotoru (5), na kterém leží ohnisko čočky (8, 15), je umístěno zrcadlo (12).

10. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že průřez hnacího prvku (2) se zmenšuje od středu k oběma koncům.