DK154733B - Apparat til foelgning af en bevaegelig varmekilde - Google Patents

Description

Den foreliggende opfindelse angår et apparat tilfølgning af en bevægelig varmekilde og af den i krav l'sindledning angivne art.

Der foreligger mange anvendelser, hvor det er ønske¬ligt at holde et apparatur i en arbejdsstilling rettet indi forhold til en varmekilde, og indtil dags dato er mid¬lerne, ved hjælp af hvilke følgning af en sådan varmekildeer blevet opnået, sådanne, at der kræves anvendelse afkomplekst udstyr, hvorved anvendelsen heraf var dyr samtbegrænset til specialiserede områder. Et eksempel på etsådant komplekst udstyr er åbenbaret i beskrivelsen til USpatent nr. 3.635.015, der omtaler et følerpanel med en ab¬sorberende overflade, som rettes i det væsentlige mod kil¬den, og en udstrålende overflade, som er afskærmet fra kil¬den men termisk forbundet til den absorberende overflade.Følerpanelet dækkes varierbart af en lukker, som styres afpassive, bimetalliske, stråleretningsfølsomme organer. Endrivmekanisme omfattende en termisk ekspansiv, væskefyldtcylinder og et stempel er monteret på panelet og driver enorienteringsmekanisme i overensstemmelse med følerpaneletstemperatur som bestemt ved vinklen mod kilden, graden afafskærmning ved hjælp af lukkeren og graden af termisk ud¬stråling fra følerpanelet.

Et eksempel på et mindre kompliceret udstyr er giveti beskrivelsen til FR patent nr. 900470. Et spejl erhængslet på en aksel og retter solenergi mod et varmerør,der indeholder en væske, der skal opvarmes. Efterhåndensom solen flytter sig over himlen i dagens løb, er det nød¬vendigt at dreje spejlet således, at det følger solen. Etstempelcylinderaggregat benyttes til at dreje spejlet, ogaggregatet drives af en luftart - sædvanligvis atmosfæriskluft - i et fluidumkammer, som står i forbindelse meddrivaggregatets cylinder. Et sekundært optisk system ermonteret på spejlet og leder sollys mod fluidumkammeret,når solen flytter sig i forhold til spejlet. Den medføl¬gende opvarmning af fluidumkammeret medfører udvidelse afluftarten og forskydning af stemplet, således at spejlet drejes til atter at være rettet korrekt mod solen.

Går solen bag en sky, vil luftarten i kammeret bliveafkølet, og for at stemplet ikke herved skal gå tilbage,omfatter aggregatet en skraldemekanisme, således at aggre¬gatet kun kan virke i én retning. Der må derfor træffessærlige foranstaltninger til ved dagens ophør at tilbage¬stille aggregat og spejl, således at dette næste morgen ervendt mod solen.

Hvis omgivelsernes temperatur stiger, vil også lufteni kammeret stige. Dette medfører en utilsigtet forskyd¬ning af stempel og spejl.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at anviseet apparat af den indledningsvis omtalte art, som har ensimpel og derfor billig opbygning, og som ikke er behæftetmed ovennævnte fejlkilder.

Et typisk eksempel til følgning af en varmekilde ervandopvarmning ved hjælp af solvarme. Naturligvis er denforeliggende opfindelse ikke begrænset til en sådan anven¬delse, men kan udformes med henblik på tilpasning til for¬skellige andre anvendelser. I den grundliggende form erder ved følgeapparatet ifølge den foreliggende opfindelseikke anvendt noget elektrisk eller elektronisk udstyr; mensådant udstyr kan anvendes ved forskellige specialiseredeanvendelser.

For tiden omfatter i beboelseshuse ved hjælp af sol¬varme vandopvarmende apparatur et fast absorberingsorgan,som er tilpasset til montering på et tag endende mod so¬len og står i forbindelse med en varmtvandslagertank. Detvarme vand passerer til lagertanken ved hjælp af naturligkonvektion, idet vandet opvarmes i absorptionsorganet, ogder returneres koldt vand til absorptionsorganet. Sådantved hjælp af solen opvarmende apparatur er af forskelligeårsager ikke særlig effektivt. Eftersom der anvendes na¬turlig konvektion til at tilvejebringe cirkulation afvarmt vand fra absorptionsorganet til tanken, fungerer deren modsat rettet konvektion om natten, hvilket medførercirkulation af det opvarmede vand fra tanken igennem ab- sorptionsorganet, og den oplagrede varme afgives til denkoldere atmosfære.

Af mere betydning er det, at i timer med solskin erabsorptionsorganet ikke på alle tidspunkter orienteretvinkelret på solens stråler, således at det kun er omkringdagens midte, at absorptionsorganet fungerer med maksimalkapacitet. Ved tidlige og ved sene timer med solskin erabsorptionsorganet orienteret skråt i forhold til solensstråler, således at det effektive areal for varmeabsorptio-nen er væsentligt reduceret, og absorptionsorganets opvarm¬ningsydelse er reduceret.

Ifølge den foreliggende opfindelse foreslås den ikrav 1 anviste udformning.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere iforbindelse med tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser en udførelsesform for etvarmekildefølgeorgan ifølge den forelig¬gende opfindelse, fig. 2 set fra siden et ved hjælp af solvarmevandopvarmende apparat ifølge den fore¬liggende opfindelse, fig. 3 det samme som fig. 2, men med dele brudtbort til visning af det vand opvarmendekredsløb, fig. 4 snit langs linien 4-4 i fig. 3,fig. 5 set fra oven en foretrukket udformningaf en ventil til anvendelse ifølge denforeliggende opfindelse, ogfig. 6 et snit igennem ventilen langs linien6-6 i fig. 5.

Ifølge den foreliggende opfindelse er der tilvejebragttemperaturdifferencedetekterende organer egnet til at op¬retholde et varmeabsorptionsorgan eller andet organ i ar¬bejdsstilling rettet ind i forhold til en varmekilde. Fxkan den foreliggende opfindelse udnyttes til at holde etsolvarmeabsorptionsorgan eller -reflektor vinkelret i for¬hold til eller dannende en forudbestemt vinkel med solens stråler, således at der kan opnås maksimal varmeabsorptioneller -refleksion til ethvert tidspunkt pr. enhedsareal afabsorptionsorganet.

Til grund liggende anvendes der ifølge den forelig¬gende opfindelse til følgeorganer varmedetektororganer,som kan moniteres til aktivering af aktiveringsorganer hø¬rende til anordningen til at holde denne arbejdsmæssigtrettet ind i forhold til varmekilden.

I fig. 1 er skematisk vist et følgeorgan 9, som er an¬vendt til svingning af et varmeabsorptionsorgan i øst¬vestlig retning i løbet af en dag til at holde absorptions¬organet orienteret vinkelret på solens stråler til opnå¬else af maksimal varmeabsorption og tilbageføring af ab¬sorptionsorganet til indtagelse af dettes mod øst rettedestilling, når solen står op den påfølgende dag. Naturlig¬vis kan følgeorganerne simplificeres, såfremt anordningenskal udnyttes til følgning af en varmekilde, som bevægersig langs en fast bane i en retning og naturligvis omvendtkan udvides til at forblive operativt holdt rettet ind iøst-vest-retning såvel som rettet ind i nord-syd-retnin-gen. Som vist omfatter følgeorganerne 9 et par væskekamre10 og 10a, egnet er luftkamre, understøttet bag modsatte,respektive øst-vest-sidekanter 11 på et varmeabsorptions¬organ 12, som er anbragt svingelig omkring en hovedsagelignord-syd-rettet akse, hvorved en varmemodtagende flade 13på absorptionsorganet 12 kan svinges til at holde detteorienteret vinkelret i forhold til solens varmestråler,således som skematisk angivet ved en sol 14.

Kamrene 10 og 10a er tættede og står i forbindelsemed respektive trykfølsomme styringsaktiveringsorganer 16og 16a udrustet med arbejdsdygtige organer 15 og 15a afmembrantypen, hvilke organer er forbundet indbyrdes medhinanden ved hjælp af en forbindelsesstang 17, hvorved deer indbyrdes afbalanceret i forhold til hinanden. Dettesikrer, at membranerne 15 og 15a kun kan foretage bevægelsesom følge af ændringer i temperatur mellem luftkamrene ogikke som følge af variationer i omgivelsernes temperatur.

Altså vil som følge heraf membranerne bevæge sig i over¬ensstemmelse med temperaturvariationer mellem luftkamreneuafhængig af omgivelsestemperaturen. Styrestangen 17 erforbundet centralt til en aktiveringsarm 18 hørende tilen tre-vejs-ventilanordning 19, som er indrettet til attilføre eller bortlede væske fra et servoaktiveringsorgan20, som har en skubbestang eller stødstang 21, som vedhjælp af en med en fjeder forspændt snor (tov eller kæde) 8 er forbundet med et hjul 22, der er fastgjort koncentrisktil absorptionsorganets 12 svingaksel. Snoren (tovet ellerkæden) 9 er ført omkring hjulet, således at bevægelse afskubbe- eller stødstangen 21 vil medføre tilsvarende be¬vægelse af absorptionsorganet omkring dets understøtnings¬akse i øst-vest-retningen.

Når absorptionsorganet 12 arbejdsmæssigt er rettetind i forhold til solen 14, er begge luftkamrene 10 og 10abeskyttet mod solen, og de vil begge holde sig på omgivel¬sestemperaturen, således at der ikke vil foreligge nogentrykforskel inden i de respektive styreaktiveringsorganer16 og 16a. Såfremt, lad os antage, solen befinder sig iøst, og luftkammeret 10 ikke er beskyttet af absorptions¬organet 12, vil kammeret 10 absorbere varme som følge afdirekte stråling fra solen. Trykket i kammeret 10 vilstige, og eftersom der da vil foreligge ubalance mellemstyreaktiveringsorganerne, vil membranen 15 bevæge forbin¬delsesstangen 17 mod højre til åbning af ventilorgan 23,hvilket er fjederbelastet i retning af indtagelse af luk¬ket stilling. Dette ventilorgan 23 giver adgang for vandunder tryk til servoaktiveringsorganet 20, hvilket organ iden viste udførelsesform er udformet som en membrananord¬ning placeret med skubbe- eller stødstangen 21 forbundetcentralt til en membran 28, således at absorptionsorganet12 vil foretage svingning omkring dets nord-syd-akse 29.

Absorptionsorganet 12 vil sammen med luftkamrene 10og 10a monteret på det svinge, indtil anordningen indtageren stilling 30 vist med stiplet streg. I denne stilling vil begge luftkamrene 10 og 10a være beskyttet mod solen,således at trykkene i styreaktiveringsorganerne 16 og 16avil udlignes, hvorefter forbindelsesstangen 17, styrear¬men 18 og ventilorganet 23 vil vende tilbage til indta¬gelse af deres normale stilling. I denne stilling er deto ventilorganer 23 og 23a holdt lukket under fjederind¬virkning, således at servoaktiveringsorganet 20 vil op¬retholde absorptionsorganet 12 i dets arbejdsstillingrettet vinkelret i forhold til solens stråler. Når solenbevæger sig mod vest, vil luftkammeret 10a blive udsatfor solens påvirkning, og den heraf resulterende trykstig¬ning vil medføre bevægelse af forbindelsesstangen 17 modvenstre samt åbning af ventilorganet 23a medførende bort¬ledning af vand fra aktiveringsorganet 20. Med henblikherpå er membranen 28 fjederbelastet ved hjælp af en fje¬der 25 medførende tilbagetrækning af skubbe- eller stød-stangen 21 og svingning af absorptionsorganet 12 i denmodsatte retning, indtil begge kamrene 10 og 10a atter erbeskyttet mod solens indvirkning. Naturligvis vil i brugbevægelsen være kontinuerlig, således at der langsomtbortledes vand fra servoaktiveringsorganet 20 i løbet afdagen til opretholdelse af arbejdsmæssig rettet-ind-stil-ling af absorptionsorganet 20.

Tre-vejs-ventilen 19 er vist i fig. 5 og 6. Vandunder tryk er fx fra et vandforsyningsledningsnet ført tilen indgang 26, og en udgang 27 tjener som en bortledning.Indgangen 26 og udgangen 27 er begge normalt holdt lukketved hjælp af fjederbelastede ventilorganer 23 og 23a re¬spektive, til hindring af forbindelse med det hule indre iventillegemet 31, hvilket står i forbindelse med servoak¬tiveringsorganet 20 via et forbindelsesorgan 31, medenslegemets 31 modsatte ende understøtter styrearmen 18, hvisinderste ende tættet er ført ind i legemet 31 til arbejds¬mæssig samvirke med respektive ventilorganer 32, såledesat hvert af dem kan løftes fra sit respektive sæde til åb¬ning af ventilorganerne 23 eller 23a. Legemet er også ud¬rustet med en trykaflastningsventil 33.

Varmekilde-følgeorganet 9 beskrevet ovenfor er an¬vendt i et ved hjælp af solen vandopvarmende apparatur 36vist i fig. 2-4. I dette apparatur 36 er luftkamrene 10anbragt bag ved respektive øst-vest-sidekanter 40 på enaflang parabolsk reflektoranordning 41, i hvilken en bue¬formet bunddel 42 er indrettet til refleksion af solensstråler mod den parabolske reflektors fokusakse, og som ersammenfaldende med en længdeakse 43, hvorom reflektoranord¬ningen 41 er monteret til at ligge i nord-syd-retningen ogtil at være hældet til arbejdsmæssig indtagelse af stillingrettet ind i forhold til solens breddekoordinat på himlen.Absorptionsorganets hældning kan styres ved anvendelse afyderligere følgeorganer til indstilling i forhold tilbreddevariationer under de forskellige årstider, men sæd¬vanligvis er dette normalt ikke nødvendigt. Aksen 43 erved denne udformning udformet som et tættet kobberopvarm¬ningsrør 39, som delvis er fyldt med vand og er evakueretog er indrettet til at strække sig ud på den anden side afreflektorens øvre ende.44 og ind i en lagertank 45.

Lagertanken 45 fungerer som et varmeoplagringsmedium,i hvilket der er anbragt en varmeveksler i form af enindre spole 46 for tilførsel af varme til vandet, idetdette passerer igennem spolen i lagertanken 45. Dette sy¬stem tilvejebringer en højtryksvarmtvandstilførsel udenbehov for tilvejebringelse af en højtrykslagertank.

Som nævnt tidligere indeholder opvarmningsrøret 39 enlille mængde vand, og luft er evakueret fra røret, såledesat vandet i røret vil koge ved en meget lav temperatur påomkring 40°C eller endog mindre. Idet vandet koger, vilder blive dannet damp, som hurtigt strømmer til områdetmed lavest tryk inde i røret, hvilket svarer til røretskoldeste del, og hvilken naturligvis er delen af røret 39inden i lagertanken 45. På dette punkt kondenserer dampentil vand under afgivelse af dampens latente varme til van¬det i lagertanken under processens forløb. Kondensatetløber tilbage ned i opvarmningsrøret 39 til genfyldning afdette med vand. Overførsel af varme fra opvarmningsrøret til lagertanken er en kontinuerligt forløbende arbejdsope¬ration, og i brug passerer dampen i virkeligheden igennemopvarmningsrøret 39 med overlydshastighed som følge afmanglen på luftmodstand. Ikke alene er den resulterendevarmetransmission yderst effektiv, men også om natten,når anordningen ikke arbejder, vil alt vandet i opvarm¬ningsrøret 39 være indeholdt ved rørets 39 bund, såledesat der ikke foreligger varmetab som følge af modsat rettetkonvektionsproces, således som det er tilfældet i de sæd¬vanligt kendte ved hjælp af solen opvarmede vandvarmere.

Reflektoranordningen 41 svinger omkring opvarmnings¬røret 39, som befinder sig i reflektorens 42 fokusakse,der er holdt vinkelret i forhold til retningen af solstrå¬lingen ved hjælp af følgeorganer 9, således som det er be¬skrevet under henvisning til fig. 1. Ved denne udførelses¬form er tre-vejs-ventilen 19 monteret under styreaktive¬ringsorganerne 16 arbejdsmæssigt forbundet med respektiveluftkamre 10 og 10a ved hjælp af rør 46 og 46a. Servoakti-veringsorganet 20 foreligger i form af en cylinder medstødstangsanordning, og udgangsforbindelsen 27 fra tre¬vejs-ventilen 19 er ført ind i lagertanken 45 til kompen¬sation for vandtab som følge af fordampning. Endviderepasserer et overløbsrør 47 ned gennem tanken 45, såledesat varmen fra det overløbende vand absorberes af det kol¬dere vand ved tankens bund forud for bortledning ved 48.Reflektorens 41 reflekterende flade 48 er udformet som etspejl af akryl, og der er anbragt et klart, buet dække 19af akryl over reflektoren 41.

Servoaktiveringsorganet kan antage mange former; fxkan der i stedet for membranaktiveringsorganet eller stød¬stangsanordningen være anvendt en blære. Endvidere kanandre varianter omfatte en tank og svømmer, eller der kanvære anvendt gas til at bringe de ovenfor nævnte anordnin¬ger til at arbejde. Luftkamrene kan være forbundet med enkviksølvafbryder, hvori kviksølvet skubbes den ene ellerden anden vej til aktivering af elektrisk styringsudstyr,eller det samme kan være opnået ved anvendelse af et mem¬ bransystem. Luftkammeret kunne være forbundet til to dyk¬kerklokker på en vippe anbragt omvendt i en væske, såledesat større eller mindre tryk i en af dem hæver eller sænkerden ene side til omsætning af temperaturvariation til meka¬nisk bevægelse. Alternativt kan der være anbragt luft¬eller gasfyldte kamre til udøvelse af tryk på et kammer el¬ler på en anden beholder på en vægtstang, således at væske¬overførsel finder sted ved tipning af vægtstangen den eneeller den anden vej.

Der kan også være anvendt et enkelt detekteringsorgantil bevægelse af et absorptionsorgan eller andet retnings¬bestemt organ på en forudbestemt måde. Var fx absorptions¬organet rettet arbejdsmæssigt ind i forhold til en opgå¬ende sol og fjederbelastet i retning mod vest, kunne -deranvendes et enkelt detekteringsorgan til styringsbevægelseaf absorptionsorganet i øst-vest-retning. Der ville imid¬lertid blive krævet andet styreapparatur til genindstil¬ling af apparaturet til at vende mod øst.

Varmedetekteringsorganet ifølge den foreliggende Op¬findelse kunne finde anvendelse til automatisk varmesøg-ning i brandbekæmpelsesanlæg eller til åbning eller luk¬ning af skodder eller lignende til styring af temperatureri en bygning.

Endvidere kunne den foreliggende opfindelse finde an¬vendelse til styring af reflektorer til fx produktion afenergi fra solen eller til opnåelse af maksimal naturligbelysning i en bygning. Endvidere bemærkes det, at derkan anvendes mange typer af ved hjælp af tryk aktiveredeaktiveringsorganer i stedet for membranaktiveringsorganer.Ved en alternativ udformning står hvert væskekammer i for¬bindelse med den ene side af et tættet hus, som indvendigter opdelt ved hjælp af en enkelt membran. Dette elimine¬rer den mekaniske sammenkobling af membranerne. Imidler¬tid må detekteringsorganet tættet strække sig ind i husettil samvirke med den enkelte, foreliggende membran.

Det bemærkes naturligvis, at medens de ovenfor nævnteudførelsesformer alene tjener til illustration af den fore¬liggende opfindelse, kan der tilvejebringes mange modifika¬tioner af konstruktionsenkeltheder samt sammenstilling iforhold til disse udførelsesformer, såsom fx at bringestyreaktiveringsorganerne hver til direkte at aktivere ser-voaktiveringsorganerne i respektive modsatte retninger.

Alle sådanne modifikationer og varianter falder alle indenfor ideen og rammerne af den foreliggende opfindelse, så¬ledes som denne er defineret ved hjælp af patentkravene.

Claims (5)

1. Apparat til følgning af en bevægelig varmekilde(14) og omfattende et bevægeligt varmeabsorptionsorgan(12), der er drejeligt anbragt på en aksel (29) således,at det er i stand til at følge varmekilden, drivorganer(20), som er forbundet til varmeabsorptionsorganet (12) ogkan dreje dette om akslen (29), og et første fluidumkammer(10), der bæres af varmeabsorptionsorganet (12) og bevægesmed dette, kendetegnet ved at omfatte et andetfluidumkammer (10a), der bæres af varmeabsorptionsorganet(12) for bevægelse med dette, hvilket andet kammer (10a)er adskilt fra det første kammer (10) og således placeret,at når varmeabsorptionsorganet (12) er rettet korrekt modvarmekilden (14), vil begge kamre (10,10a) være ligermegetafskærmet fra varmekilden,, men når varmeabsorptionsorganetikke er rettet korrekt mod varmekilden, vil det ene kammerblive mere udsat for stråling fra varmekilden end det an¬det kammer, hvilke kamre (10,10a) er forbundet til tryk¬følsomme aktiveringsorganer (16,16a), som påvirkes af tryk¬ændringer i de respektive kamre .(10,10a), samt bevægelses-detekterende organer (18), som samvirker med de trykføl-somme aktiveringsorganer (16,16a) for at detektere påvirk¬ning af disse som følge af en temperaturforskel mellem deto kamre (10,1.0a), og at de nævnte drivorganer (20) påvir¬kes af de bevægelsesdetekterende organer (18), hvorhos på¬virkning af de trykfølsamme aktiveringsorganer i én ret¬ning medfører påvirkning af drivorganerne (20) i en førsteretning,og påvirkning af trykfølsomme aktiveringsorgamer iden modsatte retning medfører påvirkning af drivorganernei den modsatte retning.

2. Apparat ifølge·krav 1, kendetegnetved, at drivorganerne omfatter et fluidumstyret servoakti-veringsorgan (20) med en stødstang (21), som kan forskydesaksialt i den ene eller den anden retning styret af enventilanordning (19), som er forbundet med de detekte¬rende organer (18).

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnetved, at servoaktiveringsorganets stødstang (21) er fje¬derforspændt mod sin ene endestilling, og at ventilanord¬ningen (19) er beregnet til at lede fluidum til servoak-tiveringsorganet (20), når stødstangen skal bevæges modden anden endestilling, og til at lede fluidum fra orga¬net (20), når stødstangen skal bevæges mod førstnævnteendestilling.

4. Apparat ifølge krav 1-3, kendetegnetved, at fluidumkamrene (10,10a) er placeret ved modsattesider af varmeabsorptionsorganet (12) og på dettes bag¬side, således at varmeabsorptionsorganet, når det er ret¬tet korrekt mod varmekilden, skygger for begge kamre, me¬dens varmeabsorptionsorganet, når det ikke er rettet kor¬rekt mod varmekilden (14), skygger for kun det ene kammer.

5. Apparat ifølge krav 1-4, kendetegnetved, at de trykfølsomme aktiveringsorganer (16,16a) om¬fatter membraner (15,15a), som afgrænser respektive akti¬veringskamre, hvilke kamre (16,16a) står i forbindelsemed hver sit fluidumkammer (10,10a).