DE102012010983A1 - Parabolic track system for production of compressed air via solar energy to generate electrical energy, has black tubular units attached at frame and pivoted in sun position, where system is aligned to sun's- height using electronic circuit - Google Patents

Parabolic track system for production of compressed air via solar energy to generate electrical energy, has black tubular units attached at frame and pivoted in sun position, where system is aligned to sun's- height using electronic circuit Download PDF

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    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Abstract

The system has black tubular units (1.4, 1.5) attached at a swivelable frame (1.1). The tubular units are pivoted in a sun position and in a shadowing position such that a middle point line of the sun position coincides with a focal point line of a parabolic surface. The system is aligned to sun's height and sun direction using a sensor electronic circuit and a drive. A reflection surface is reflected to the tubular units found in the sun position, where cold air that occurs during operation of the system is utilized for cooling the tubular units.

Description

Die in Spanien gebauten Anlagen sind bekannt sie basieren auf der Basis von Parabolreflektoren die hier zu beschreibende Anlage auch. Im Vergleich zu den spanischen Anlagen sind folgende Vorteile mit dieser Erfindung zu beschreiben. Einzel oder Kleinanlage dem Bedarf und dem Ort angepasst ohne Dampfkraftwerk und die entsprechende Infrastruktur. Druckluft ist Energiespeicher, sie wird ohne elektrische Energie und kompressorlos hergestellt, die entstehende Wärme wird in elektrische Energie umgewandelt. Bei der Herstellung von elektrischer Spannung über die Speicherdruckluft entsteht Kaltluft, sie wird zur Kühlung des heißen Schwarzrohrs und damit zur schnelleren Arbeitsfrequenz des Systems eingesetzt. Die durch die vertikale Ausrichtung der Brennpunktslinie entstehende Möglichkeit den Reflektor in Höhe und Richtung auf die Sonne einzustellen erhöht den Wirkungsgrad, bessere Selbstreinigung ist möglich. Die Bauart der Anlage ist zur Modulbauweise in verschiedenen Größen und zur Parallelschaltung von Anlagen mit gemeinsamen Druckkessel usw. geeignet. Bei der hier vorgestellten Anlage wird die Ausdehnung einer Flüssigkeit die durch Erwärmung entsteht benutzt um eine Arbeitsleistung nach Clapeyron zu erzeugen. Der Parabelreflektor wird durch aneinander gereihte und einseitig verspiegelte Schienen aufgebaut. Die Aufheizung und die Abkühlung der beiden Schwarzrohre geschieht jeweils gleichzeitig. Die von der Sonne in die Anlage eingestrahlte Energie wird jeweils auf ein Schwarzrohr reflektiert, welches sich in der Sonnenstellung befindet. Die Reflektion erfolgt über Reflektorschienen, die in einer Parabelkurve aneinander gereiht werden und damit die gesamte Reflektionsfläche auf das entsprechende Schwarzrohr ergeben. Die Anlage arbeitet mit 2 diametral an einem Schwenkrahmen befestigten Schwarzrohren, die alternativ von der Sonnenstellung in die Schattenstellung schwenken. Der Schwenkrahmen ist im Reflektorgehäuse so angeordnet, dass die Schwarzrohre jeweils in die Brennpunktslinie der Reflektionsfläche eingeschwenkt werden. Der Aufbau der Anlage ist wie nachfolgend zu beschreiben. Auf einem z. B. Betonsockel mit einer senkrechten Achse ist ein Gestell so angeordnet, dass es sich um diese Achse drehen kann. In diesem Gestell ist eine horizontale Achse so befestigt, dass sich das an ihr befestigte Reflektorgehäuse nach der Sonnenhöhe ausrichten kann. Das Reflektorgehäuse besteht aus zwei Seitenteilen 1.2 und 1.3. Die aneinander gereihten Reflektorschienen, sh. 1.7, sind über die Reflektorschienenhalter, sh. 1.6 mit den Seitenteilen so verbunden, dass sich die komplette Reflektionsfläche ergibt. Die Koordinaten der Aufnahmebohrungen für die Reflektorschienenhalter 1.6 in den Seitenteilen werden für die z. B. Parabelkurve y = x2/200 und den Tangenswerten y' = x/100 sowie der Strecke AB berechnet. Bei kompletter Anpassung der Reflektor-schienen müssen diese der Flächenkrümmung angepasst sein, eine einfachere Ausführung mit gleichen Schienen ist möglich. Die Reflektor-schienen sind über die Reflektorschienenhalter je nach Ausführung individuell oder beliebig austauschbar und ausgerichtet einzustellen. Bei einem Aufbau einer Anlage entsprechend der Darstellung und einer Reflektorsschienenlänge von 2 m ergeben sich 4 m2 für die Einstrahlung und damit für den Energiegewinn. Die Anlage ist so aufgebaut, dass die Brennpunktslinie der Parabelfläche senkrecht zur Sonnenhöhe ausgerichtet ist oder sich ausrichten kann. Mit dem Einschwenken eines Schwarzrohrs in die Sonnenstellung beginnt die Aufheizung des Systems und damit folgender Ablauf. Das sich im Medienraum befindliche flüssige und wärmeempfindliche Medium dehnt sich aus und schiebt das System 2.1 mit 2.4, 2.5 und 2.6 sowie den Stößel 2.7 in Arbeitsrichtung.The plants built in Spain are known they are based on the basis of parabolic reflectors the plant to be described here as well. Compared to the Spanish plants, the following advantages are to be described with this invention. Single or small system adapted to the needs and the location without steam power plant and the corresponding infrastructure. Compressed air is energy storage, it is produced without electrical energy and compressor-free, the resulting heat is converted into electrical energy. In the production of electrical voltage on the accumulator compressed air is cold air, it is used to cool the hot black tube and thus the faster operating frequency of the system. The possibility of adjusting the reflector in height and direction to the sun due to the vertical alignment of the focal line increases the efficiency, better self-cleaning is possible. The design of the system is suitable for modular construction in various sizes and for the parallel connection of systems with common pressure vessel, etc. In the case of the plant presented here, the expansion of a liquid produced by heating is used to produce a working performance according to Clapeyron. The parabolic reflector is constructed by juxtaposed and one-sided mirrored rails. The heating and cooling of the two black tubes happens simultaneously. The energy radiated by the sun into the system is reflected on a black tube, which is in the solar position. The reflection takes place via reflector rails, which are lined up in a parabolic curve and thus result in the entire reflection surface on the corresponding black tube. The system works with 2 diametrically attached to a swing frame black tubes, which alternatively swing from the sun position in the shadow position. The swing frame is arranged in the reflector housing so that the black tubes are respectively pivoted into the focal line of the reflection surface. The structure of the system is to be described as follows. On a z. B. Concrete base with a vertical axis, a frame is arranged so that it can rotate about this axis. In this frame, a horizontal axis is fixed so that the reflector housing attached to it can align with the sun's height. The reflector housing consists of two side parts 1.2 and 1.3 , The row of reflector rails, sh. 1.7 , are above the reflector rail holder, sh. 1.6 connected to the side parts so that the complete reflection surface results. The coordinates of the mounting holes for the reflector rail holders 1.6 in the side panels are for z. B. parabolic curve y x = 2/200, and the tangent values y '= x / 100, and calculates the route AB. With complete adaptation of the reflector rails they must be adapted to the surface curvature, a simpler design with the same rails is possible. Depending on the design, the reflector rails can be set individually and / or exchanged and aligned using the reflector rail holders. In a structure of a system according to the representation and a reflector rail length of 2 m results in 4 m 2 for the irradiation and thus for the energy gain. The system is designed so that the focal line of the parabolic surface is perpendicular to the sun's height or can be aligned. With the swiveling of a black tube in the sun position, the heating of the system and the following sequence begins. The liquid and heat-sensitive medium located in the media room expands and pushes the system 2.1 With 2.4 . 2.5 and 2.6 as well as the pestle 2.7 in working direction.

Der Stößel wirkt mit seinem Arbeitshub auf einen Druckkolben ein und bewirkt damit einen Druckaufbau, eine Gewichtsanhebung, bzw. einen Arbeitsvektor. Bei Beginn der Aufheizung des Schwarzrohrs 1.4 ist folgender Zustand. Der Kühlluftraum 2.12 ist drucklos, die Verbindung zum Druckluft-Kühlluftraum 2.10 ist zu; das Ventil ist ebenfalls zu. Beim Vorschub des Stößelsystems wird der Druckluft-Kühlluftraum kleiner und die darin befindliche Luft verdichtet. Bei einstellbarer Luftverdichtung im Druckluft-Kühlluftraum 2.10 öffnet sich das Ventil 2.8 und die Druckluft betreibt einen Zylinder zum Schwenken des Schwenkrahmens 1.1 und damit zum Wechsel des heißen Schwarzrohrs 1.4 in die Schattenstellung. Mit der Positionierung des heißen Rohrsystems in der Schattenstellung beginnt die Abkühlphase des heißen Rohrsystems und folgendem Ablauf. Aus dem Druckkessel mit der abgekühlten Druckluft wird Luft angefordert, die zuerst einen Generator betreibt, dann über die Entspannung erkaltet und zur Kühlung des heißen Rohr-systems eingesetzt wird. Die Einspeisung der Kaltluft erfolgt über die Stößelrohrführung 2.1. Im Kühlluftraum 2.12 baut sich ein Luftdruck auf, der das Ventil 2.6 öffnet und die Kaltluft über den Druckluft-Kühlluftraum 2.10 und das Ventil 2.8 ausströmen lässt.The plunger acts with its working stroke on a pressure piston and thus causes a pressure build-up, a weight increase, or a working vector. At the beginning of the heating of the black tube 1.4 is the following state. The cooling air space 2.12 is depressurized, the connection to the compressed air cooling air space 2.10 is to; the valve is closed too. As the ram system advances, the compressed air cooling air space becomes smaller and the air inside it is compressed. With adjustable air compression in the compressed air cooling air space 2.10 the valve opens 2.8 and the compressed air operates a cylinder for pivoting the swing frame 1.1 and thus the change of the hot black tube 1.4 in the shadow position. With the positioning of the hot pipe system in the shadow position begins the cooling phase of the hot pipe system and the following sequence. From the pressure vessel with the cooled compressed air, air is required, which first operates a generator, then cooled by the relaxation and used for cooling the hot pipe system. The cold air is fed in via the ram pipe guide 2.1 , In the cooling air space 2.12 An air pressure builds up on the valve 2.6 opens and the cold air over the compressed air cooling air space 2.10 and the valve 2.8 let flow out.

Nachfolgend die in den Zeichnungen 1 und 2 dargestellten Funktionsbaugruppen und Teile:In the following the functional assemblies and parts shown in the drawings 1 and 2:

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1.11.1
Schwenkrahmenswing frame
1.21.2
SeitenwandSide wall
1.31.3
SeitenwandSide wall
1.41.4
Schwarzrohr in SonnenstellungBlack tube in sun position
1.51.5
Schwarzrohr in SchattenstellungBlack tube in shadow position
1.61.6
ReflektorschienenhalterReflector rail support
1.71.7
Reflektorschiene, verspiegeltReflector rail, mirrored
2.12.1
StößelrohrführungPlunger tube guide
2.22.2
Lagercamp
2.32.3
Schwarzrohr (außen)Black tube (outside)
2.42.4
Stößelrohrplunger tube
2.52.5
Hülseshell
2.62.6
Stößelführungtappet guide
2.72.7
Stößeltappet
2.82.8
VentilValve
2.92.9
Führungguide
2.102.10
Druckluft-KühlluftraumCompressed air cooling airspace
2.112.11
Medienraummedia room
2.122.12
KühlluftraumCooling air space

Alle weiteren in ihrer Funktion bekannten Baugruppen wie Wärmetauscher, Stirlingmotor, Thermoelement, Drehzylinder sowie die Sensorelektronik sind nicht beschrieben.All other known in their function modules such as heat exchangers, Stirling engine, thermocouple, rotary cylinder and the sensor electronics are not described.

Claims (9)

Eine Anlage zur Erzeugung von Druckluft direkt über Sonnenenergie dadurch gekennzeichnet, dass diese Druckluft ohne den Einsatz eines Generators und eines Kompressors produziert wird.A plant for the production of compressed air directly from solar energy, characterized in that this compressed air is produced without the use of a generator and a compressor. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet ist, dass eine sich durch Wärmeausdehnung im Volumen vergrößernde Flüssigkeit dazu benutzt wird um in einem Rohr einen Stößelvorschub zu erzeugen und dass über diesen Stößelvorschub Druckluft, Gewichtsanhebung oder Federdruck aufbaubar ist. Dass sich in diesem Rohr außerdem ein Luftdruck aufbaut der das Umschwenken des Schwenkrahmen dieser Anlage auslöst und betreibt.That this system is characterized according to claim 1, characterized in that a by thermal expansion in volume-increasing liquid is used to produce a ram in a tube and that can be built on this ram feed compressed air, weight increase or spring pressure. That in this tube also builds an air pressure that triggers the pivoting of the swing frame of this system and operates. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet ist, dass 2 Schwarzrohreinheiten an einem Schwenkrahmen angebracht, alternativ in die Sonnenstellung und in die Schattenstellung schwenken und zwar so, dass die Mittelpunktslinie der Sonnenstellung mit der Brennpunktslinie einer Parabelfläche übereinstimmt und dass die Parabelfläche von ihrer Kurve und daran aneinander gereihten Reflektor-schienen bestimmt ist.That this system is characterized according to claims 1 to 2, characterized in that two black tube units attached to a swing frame, alternatively swing in the sun position and in the shadow position in such a way that the center line of the sun position coincides with the focal line of a parabolic surface and that the parabolic surface of their Curve and juxtaposed reflector rails is determined. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 3 sowie dadurch gekennzeichnet ist, dass die durch den Eigenbetrieb entstehende Kaltluft zur Kühlung des in die Schattenstellung eingeschwenkten heißen Schwarzrohrs verwendet wird und gleichzeitig die Aufheizung des kalten Schwarzrohrs erfolgt.That this system is characterized according to claim 1 to 3 and characterized in that the cold air produced by the own operation for cooling the swung in the shadow position hot black pipe is used and at the same time the heating of the cold black pipe. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet ist, dass sie bei Sonneneinstrahlung mit Ausnahme in der Rohrschwenkzeit Stößelvorschub und Druckluft erzeugt.That this system is characterized according to claim 1 to 4, characterized in that it generates in sunlight, except in the tube swing time ram feed and compressed air. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet ist, dass sie sich zur Sonnenhöhe und Sonnenrichtung über Sensorelektronik und Antriebe ausrichten kann.That this system is characterized according to claim 1 to 5, characterized in that it can be aligned to the sun altitude and sun direction via sensor electronics and drives. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet ist, dass die gesamte Reflektionsfläche der Anlage auf das in der Sonnenstellung befindliche Schwarzrohr reflektiert und dass sich die Reflektionsfläche aus einseitig verspiegelt aneinander gereihten Reflektorschienen zusammensetzt.That this system is characterized according to claim 1 to 6, characterized in that the entire reflection surface of the system reflects on the located in the solar position black tube and that the reflection surface of one-sided mirrored juxtaposed reflector rails composed. Dass diese Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet ist, dass die Strecke AB pro Anlagengröße wählbar in der Anlage aber gleich ist, dass außerdem die Fügepunkte A und B Punkte der Parabelkurve sind und dass die Strecke AB der Reflektorschiene mit ihrer Länge eine ebene Fläche bildet. Dass außerdem in einer anderen Ausführung die Fläche gebildet aus AB und Länge der Reflektionsschiene der Krümmung der Parabel jeweils angepasst ist.That this system is characterized according to claim 1 to 7, characterized in that the distance AB per plant size selectable in the system but is the same, that also the joint points A and B points of the parabolic curve and that the distance AB of the reflector rail with its length a flat surface forms. That also in another embodiment, the surface formed from AB and length of the reflection rail of the curvature of the parabola is adapted respectively. Dass in dieser Anlage entsprechend Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet ist, dass in den beiden Schwarzrohreinheiten jeweils die Funktionen, Stößelvorschub, Luftdruckaufbau zur Rahmenschwenkung, Auslösung der Rahmenschwenkung und Kühlung des Rohrsystems nach dem Umschwenken, in dieser Reihenfolge automatisch stattfinden.That is characterized in this system according to claim 1 to 8, characterized in that in the two black tube units in each case the functions, ram feed, air pressure to frame pivoting, triggering the frame pivoting and cooling of the pipe system after swinging, take place automatically in this order.
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