CZ527U1

CZ527U1 - Direction device of solar systems

Info

Publication number: CZ527U1
Application number: CZ1993816U
Authority: CZ
Inventors: Zbyněk Chuman
Original assignee: Zbyněk Chuman
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1992-04-02
Publication date: 1993-07-21
Also published as: CZ98292A3; CZ278352B6

Abstract

A directing device for solar-power systems, particularly solar collectors, based on the principle of changes in the volume of the thermally expanded medium in the enclosed space of a pressure controlled system by the action of falling solar radiation, consisting of a fixed stand (6) with ball pivot (5), with a movable support brace (4) fitted on it. On this support brace (4), around the ball pivot (5) and fixed symmetrically opposite one another, there are four enclosed chambers (1) with fixed covers (2), and in each of them there is also one guide chamber (7) of a sliding piston (8), whose inner space above the sliding piston (8) is connected by a connecting hole (15) with the inner space of the enclosed chamber (1). At the end of each sliding piston (8), inside the guide chamber (7) of the given enclosed chamber (1), there is an idle pulley (16), across which there is a cord (9), fixed at one end to the fixed cover (2) of this enclosed chamber (1) and the other end to the fixed stand (6).<IMAGE>

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení se týká směrovacího zařízení solárních systémů na využití sluneční energie, zejména slunečních kolektorů, které řeší problém jejich optimálního nastavení vůči slunci v průběhu dne, čímž je zamezeno kolísání a snižování jejich účinnosti .The technical solution relates to a solar device directing device for the utilization of solar energy, in particular solar collectors, which solves the problem of their optimal adjustment to the sun during the day, thus avoiding fluctuations and reducing their efficiency.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dosud jsou známé pohyblivé sluneční kolektory řešící problém jejich optimálního sklonu, které pomocí servopohonu sledují pohyb slunce a natáčejí se vždy kolmo na směr dopadu slunečních paprsků. Vzhledem na složitost přídavného technického zařízení se používají ojediněle a výjimečně, například u zařízení slunečních elektráren. Většinou jsou tato zařízení založena na systému elektromotoru ovládaného fotobuňkou a mechanických převodech, což vyžaduje samostatný přívod energie, údržbu a obsluhu. Známé jsou i složitější systémy optoelektronického navádění slunečních kolektorů, které dále zvyšují nároky na jejich sestavení a na jejich pořizovací náklady. Rovněž jsou známa směrovací zařízení, která využívají ke sledování dráhy slunce přímo jeho sluneční energii a jsou tak řízeny slunečním zářením automaticky. Na tomto základě je založeno například zařízení podle sovětského patentového spisu SU 1460552, jehož podstata spočívá v tom, že sestává ž nosné stojiny, opatřené kulovým kloubem, na němž je uloženo vlastní směrovací zařízení, tvořené základní deskou se středovým výstupkem, kolem něhož jsou rozloženy působením dopadajícího slunečního záření se deformující členy. Tyto deformující se členy jsou vytvořeny jako kovové na principu bimetalu. Deformující se členy jsou pružnými táhly spojeny s nosnou stojinou a pokud sluneční záření nedopadá kolmo, vrhá výstupek stín na některý z deformujících se prvků. Dochází tak ke změně působící teploty na tento deformující se prvek, což vyvolá změnu jeho tvaru a tím nerovnoměrné namáhání táhel. Zařízení se na kulovém kloubu natáčí dokud se síly v táhlech opět nevyrovnají, což odpovídá žádoucí poloze. Nevýhodou tohoto zařízení je skutečnost, že zařízení je vzhledem ke své konstrukci použitelné pouze pro území, kde existuje velký teplotní rozdíl mezi zahříváním stíněného a nestíněného tělesa, například pro krajiny s tropickým klimatem. V jiných oblastech, kde tento teplotní rozdíl není tak velký, je toto zařízení na změnu polohy slunce nedostatečně citlivé.Moving solar collectors have been known to solve the problem of their optimum inclination, which with the help of an actuator monitors the movement of the sun and always rotates perpendicular to the direction of the sun's rays. Due to the complexity of the additional technical equipment, they are used rarely and exceptionally, for example in solar power plants. Most of these devices are based on a photocell-controlled electric motor system and mechanical gears, requiring separate power supply, maintenance and service. Also known are more complex systems of optoelectronic guidance of solar collectors, which further increase the demands on their assembly and their purchase costs. Routing devices are also known which utilize the sun's energy directly to track the path of the sun and are thus automatically controlled by solar radiation. On this basis, for example, a device according to Soviet patent specification SU 1460552 is based, which consists of a support web with a spherical joint on which the actual pointing device is formed, consisting of a base plate with a central projection around which they are distributed by action incident solar radiation with deforming members. These deforming members are made of metal based on the bimetal principle. The deforming members are connected by a flexible rod to the support web and if the sun does not fall perpendicularly, the projection casts a shadow on one of the deforming elements. This causes a change in the applied temperature on this deforming element, which causes a change in its shape and thus an uneven stress on the rods. The device is rotated on the ball joint until the forces in the rods are equalized again, which corresponds to the desired position. The disadvantage of this device is that, due to its design, the device is only applicable to areas where there is a large temperature difference between the heating of the shielded and the unshielded body, for example, for landscapes with a tropical climate. In other areas where the temperature difference is not so great, the sun positioning device is insufficiently sensitive.

S ohledem na omezený deformační rozsah použitých teplem se deformujícího členů je podstatně omezen i rozsah natáčení celého zařízení, a to zhruba na - 10° ve dvou rovinách. Rovněž jsou například známa zařízení podle amerických patentových spisů US 4352350 a US 4365616. Tato zařízení jsou tvořena dvoudílnou trubkovnicí, která je zahřívána buď odrazem slunečních paprsků z parabolického zrcadla _tnebo slunečními paprsky soustřeďovanými představnou čočkou. Každá část trubkovnice je spojena s jednou komorou dvojčinného hydraulického válce. Při nerovnoměrném zahřívání obou částí trubkovnice dochází k rozdílnému tlaku po obou stranách pístu. Následným pohybem pístu do rovnovážné polohy se celé zařízení natáčí. Toto zařízení je ale použitelné zejména pro orientaci velkých kolektorových soustav slunečních elektráren. Jeho nevýhodou je rovněž skutečnost, že jeho konstrukcí je umožněno natáčení pouze v jedné rovině a dále že změna dráhy slunce na obloze v různých ročních obdobích musí být kompenzována značnou celkovou výškou zařízení, čímž podstatně stoupají jeho pořizovací náklady, zvyšují se Jeho prostorové nároky na umístění a podobně.Due to the limited deformation range of the heat-deforming members used, the swiveling range of the entire apparatus is also substantially limited to about -10 ° in two planes. Also known are, for example, the apparatuses of U.S. Pat. Nos. 4,352,350 and 4,336,516. These apparatuses consist of a two-piece tubesheet that is heated either by reflection of sun rays from the parabolic mirror _t or by sun rays centered by the present lens. Each part of the tube plate is connected to one chamber of a double-acting hydraulic cylinder. Uneven heating of both parts of the tube plate causes different pressure on both sides of the piston. Subsequent movement of the piston to the equilibrium position rotates the entire device. However, this device is particularly useful for the orientation of large solar collector systems. Its disadvantage is also the fact that its construction allows only one plane to be rotated and that the change of the sun's track in the sky in different seasons must be compensated by the considerable overall height of the device, which significantly increases its acquisition costs, increases its space requirements etc.

Dále je známé například zařízení podle československého patentového spisu AO 209077, jehož podstata spočívá v tom, že sestává z vydutého tělesa,.volně uloženého na kapalině, které má na svém vnějším povrchu připevněny plošné vaky, vždy symetricky dva proti sobě. Tyto plošné vaky jsou propojeny přes příslušnou komoru membránového ventilu s přilehlými ohřívacími komorami, upravenými po obvodě vydutého tělesa, přičemž každá ohřívací komora je opatřena pevně nastavenou stínící clonou. Rovněž je znám systém pohonu natáčecího slunečního kolektoru prostřednictvím pomocných kolektorů podle německého patentového spisu DE 3617171 a způsob zařízení pro natáčení kolektorového systému pomocí flexibilních nádrží s kapalinami nebo plyny. Rovněž tato zařízení, využívající k ovládání slunečních kolektorů a k jejich nastavení do optimální polohy vůči slunci jeho záření, mají zejména nevýhodu v jejich složité a rozměrné konstrukci, pro kterou jsou použitelná pouze v omezeném měřítku.It is furthermore known, for example, to provide a device according to the Czechoslovak patent specification AO 209077, which consists in that it consists of a concave body loosely supported on a liquid, having flat bags attached to its outer surface, two symmetrically opposite each other. The flat bags are connected via a respective membrane valve chamber to adjacent heating chambers provided along the circumference of the concave body, each heating chamber being provided with a fixed shading orifice. Also known is a system for driving a solar collector by means of auxiliary collectors according to DE 3617171 and a method of a device for pivoting a collector system by means of flexible tanks with liquids or gases. Also, these devices, which use solar radiation to control the solar collectors and to adjust them to the optimum position relative to the sun, have a particular disadvantage in their complex and bulky construction, for which they are only applicable to a limited extent.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky stávajícího stavu techniky do značné míry odstraňuje směrovací zařízení solárních systémů, zejména slunečních kolektorů, podle tohoto technického řešení, založené na principu změny objemu teplotně roztažného média v uzavřeném prostoru tlakového ovládacího systému působením dopadajícího slunečního záření a sestávající z pevného stojanu s kulovým čepem, na němž je pohyblivě uložena nosná konzole, pohybově spřažená s akčním členem tlakového ovládacího systému. Podstata technického řešení spo? čivá v tom, že na nosné konzoli kolem kulového Čepu jsou symetricky vůči sobě upevněny nejméně dvě uzavřené komory s pevným pláštěm, kde v každé z nich je vytvořena vždy jedna vodící komora výsuvného pístu, jejíž vnitřní prostor nad výsuvným pístem je propojen spojovacím otvorem s vnitřním prostorem uzavřené komory. Na konci každého výsuvného pístu vně vodící komory příslušné uzavřené komory je uložena volná kladka převodového mechanismu nosné konzole.The deficiencies of the prior art are largely eliminated by the directing devices of solar systems, in particular solar collectors, according to the present invention, based on the principle of changing the volume of the thermal expansion medium in the enclosed space of the pressure control system by the incident solar radiation. on which a support bracket movably coupled to the actuator of the pressure control system is movably mounted. The essence of technical solutions spo? characterized in that at least two closed chambers with fixed casing are fixed symmetrically to each other around the spherical pin, in each of which there is formed one guide chamber of the pull-out piston, whose inner space above the pull-out piston is connected by a connecting hole with the inner closed chamber. At the end of each sliding piston outside the guide chamber of the respective closed chamber, a free pulley of the support mechanism transmission mechanism is mounted.

Směrovací zařízení podle technického řešení umožňuje proti stávajícím zařízením na obdobném principu podstatně větší citlivost a malou úhlovou odchylku od optimální polohy. Konstrukce tohoto směrovacího zařízení dovoluje velký úhel naklopení například slunečních kolektorů, které jsou k němu upevněny, a tím i jejich větší časové využití a větší účinnost. Zařízení vzhledem ke svým menším rozměrům umožňuje rovněž velký rozsah jeho využití.The routing device according to the invention allows for substantially greater sensitivity and a small angular deviation from the optimum position compared to existing devices on a similar principle. The design of this directing device permits a large tilt angle of, for example, solar collectors which are attached thereto, thereby increasing their time utilization and efficiency. Due to its smaller size, the device also allows a wide range of applications.

Pro dosažení maximální citlivosti zařízení je výhodné, aby vnější povrch uzavřených komor byl vytvořen ve tvaru čtvrtiny povrchu rotačního elipsoidu. S výhodou jsou vodící komory výsuvných pístů opatřeny tlakovacím ventilem a pojistným členem. Je samozřejmé, že vnější povrch uzavřených komor může být opatřen vhodnou absorpční vrstvou a že uzavřené komory mohou být uloženy pod transparentním krytem, v němž jsou vytvořeny odvětrávací otvory.For maximum sensitivity of the device, it is preferred that the outer surface of the enclosed chambers be formed in the form of a quarter of the surface of the rotating ellipsoid. Preferably, the guide chambers of the withdrawable pistons are provided with a pressure valve and a safety member. It is understood that the outer surface of the enclosed chambers may be provided with a suitable absorbent layer and that the enclosed chambers may be housed under a transparent cover in which vent holes are formed.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické řešení je blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých obr. 1 znázorňuje příkladné provedení směrovacího zařízení podle technického řešení v osovém řezu a obr. 2 toto zařízení v půdorysu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a routing device according to the invention in axial section, and FIG. 2 shows this device in plan view.

Pří klad provedeni technického řešeníTechnical solution example

Směrovací zařízení podle obr. 1 a obr. 2 sestává ze čtyř uzavřených komor 1 s pevným pláštěm 2, jejichž vnější povrch je vytvořen ve tvaru jedné čtvrtiny povrchu rotačního elipsoidu a je opatřen černou absorpční vrstvou 3. Uzavřené komory 1. jsou upevněny na nosné konzoli 4, která je uložena na kulovém čepu ES, umístěném mezi uzavřenými komorami 1_ na pevném stojanu 6. V každé uzavřené komoře 1 je vytvořena jedna vodící komora 7 výsuvného pístu 8, jejíž vnitřní prostor nad výsuvným pístem 8 je propojen spojovacím otvorem 15 s vnitřním prostorem uzavřené komory 1,. Na konci každého výsuvného pístu 8 vně vodící komory 7 příslušné uzavřené komory 1 je uložena volná kladka 16, přes níž je vedeno lanko převodového mechanismu 9 nosné konzole 4, které je upevněno pomocí kotvících úchytů 18 jedním koncem k pevnému plášti 2 této uzavřené komory 1 a druhým koncem k pevnému stojanu 6. Uzavřené komory JL jsou na nosné konzoli 4 upevněny kolem kulového čepu 5 do dvou symetrických dvojic, přičemž výsuvné písty 8 společně s lanky převodového mechanismu 9 jsou uspořádány vždy v jedné rovině, která je zároveň rovinou souměrnosti kulového čepu 5. Tyto roviny obou dvojic uzavřených komor 1. spolu svírají úhel 90°. Uzavřené komory 1 jsou naplněny teplotně roztažným médiem, zde olejem, přičemž každá vodící komora 7 výsuvného pístu 8 je opatřena tlakovacím ventilem 13 a pojistným členem 14. Proti vlivu zejména větru jsou uzavřené komory 1. uloženy pod transparentním krytem 1.0, v němž jsou vytvořeny z jeho spodní a horní části odvětrávací otvory 12. Každé lanko převodového mechanismu 9 nosné konzole 4 je mezi svými kotvícími úchyty 18 vedeno kromě přes volnou kladku 16 na výsuvném pístu 8 ještě přes pevnou převáděcí kladku 1.7. Na prodloužených ramenech nosné konzole 4 kolem uzavřených komor JL jsou upevněny sluneční kolektory 11.The routing device according to FIGS. 1 and 2 consists of four closed chambers 1 with a solid casing 2, the outer surface of which is formed as a quarter of the surface of the rotating ellipsoid and is provided with a black absorbent layer 3. The closed chambers 1 are fixed to the support bracket 4, which is mounted on a ball joint ES located between the closed chambers 7 on a fixed stand 6. In each closed chamber 1 there is formed a guiding chamber 7 of the sliding piston 8, whose inner space above the sliding piston 8 is connected by a connecting hole 15 with the inner space closed chamber 1 ,. At the end of each sliding piston 8 outside the guide chamber 7 of the respective closed chamber 1 is a free pulley 16, over which the cable of the gear mechanism 9 of the support bracket 4 is guided, which is fixed by one end to the fixed housing 2 of this closed chamber 1. The closed chambers 11 are fastened to the support bracket 4 around the spigot 5 in two symmetrical pairs, the extension pistons 8 together with the cables of the gear mechanism 9 being arranged in one plane, which is at the same time the plane of symmetry of the spigot 5. These planes of the two pairs of closed chambers 1 form an angle of 90 ° to each other. The closed chambers 1 are filled with a temperature-expansion medium, here oil, with each guide chamber 7 of the sliding piston 8 being provided with a pressure valve 13 and a safety member 14. Against the influence of wind in particular, the closed chambers 1 are supported under a transparent cover 1.0. its lower and upper parts are vent holes 12. Each cable of the gear mechanism 9 of the support bracket 4 is guided between its anchoring brackets 18 in addition to the free pulley 16 on the pull-out piston 8 through a fixed transfer pulley 1.7. Solar collectors 11 are mounted on the extended arms of the support bracket 4 around the closed chambers 11.

Uzavřené komory 1_ se naplní po úroveň spojovacích otvorů 15 teplotně roztažným médiem, zde olejem, čímž nad jeho hladinou vznikne vzduchový polštář, a natlakují se tlakovacími ventily 13 na základní přetlak 0,5 MPa. Změnou tlaku v soustavě těchto uzavřených komor _1 vlivem rozdílného slunečního záření, dopadajícího na jejich povrch, a tím tlaku na výsuvné písty 8, dochází ke změně tahového napětí v lankách převodového mechanismu 9, ovládajícího pohyb nosné konzole 4 na kulovém čepu 5. Vysouváním a zasouváním výsuvných pístů 8 do jednotlivých vodících komor 7 pak dochází k opětovnému vyrovnání tlaku v uzavřených komorách 1_ a tak k průběžnému optimálnímu směrování zařízení vůči slunci.The closed chambers 7 are filled up to the level of the connecting openings 15 with a thermal expansion medium, here with oil, thereby creating an air cushion above its level, and pressurized by means of pressure valves 13 to a basic overpressure of 0.5 MPa. By varying the pressure in the system of these closed chambers 1 due to the different sunlight falling on their surface and thus the pressure on the pull-out pistons 8, the tensile stress in the cables of the transmission mechanism 9 controlling the movement of the support bracket 4 on the ball pin 5 is changed. of the retractable pistons 8 into the individual guide chambers 7, the pressure in the closed chambers 7 is then rebalanced and thus the optimum directing of the device towards the sun is continuously achieved.

Směrovací zařízení podle technického řešení dovoluje naklopení celého solárního systému v tomto provedení ve dvou rovinách o úhel i 35° od vodorovné roviny. 0 citlivosti tohoto zařízení svědčí skutečnost, že k naklápění začne docházet již při teplotním rozdílu 10 °C ohřátí teplotně roztažného média v některých z uzavřených komor JL.The routing device according to the invention allows the entire solar system to be tilted in this embodiment in two planes by an angle of even 35 ° from the horizontal plane. The sensitivity of this device is evidenced by the fact that tilting begins to occur already at a temperature difference of 10 [deg.] C., the temperature expanding medium in some of the closed chambers 11.

Směrovací zařízení podle technického řešení lže využít u všech typů slunečních kolektorů případně obecně u všech dalších zařízení pro sledování dráhy zářícího zdroje, vydávajícího tepelnou energii.The routing device according to the invention can be used for all types of solar collectors or in general for all other devices for monitoring the path of a radiant source emitting thermal energy.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

1. A directing device of solar systems, in particular of solar collectors, based on the principle of changing the volume of the thermal expansion medium in an enclosed space of a pressure control system under the influence of incident solar radiation, consisting of a fixed ball-rack a member of a pressure control system, characterized in that at least two closed chambers (1) with a rigid casing (2) are symmetrically attached to the support bracket (4) around the ball joint (5), in each of which they are formed one guide chamber (7) of the extension piston (8), the inner space of which is above the extension piston (8) communicating through a connecting hole (15) with the interior of the closed chamber (1), and at the end of each extension piston (8) outside the guide chamber (7) a free pulley (16) of the gearbox is mounted in the respective closed chamber (1) on the support bracket mechanism (9) (4).

A routing device according to claim 1, characterized in that the outer surface of the closed chambers (1) is formed in the form of one quarter of the surface of the rotating ellipsoid.

Routing device according to claim 1, characterized in that each guide chamber (7) of the sliding piston (8) is provided with a pressure valve (13) and a safety member (14).