PL167388B1 - Solar energy collector - Google Patents

Abstract

1. Kolektor energii slonecznej, zawierajacy za- mocowany pochylnie, wzdluzny element odbijajacy o zakrzywionym przekroju poprzecznym i wew- netrznej powierzchni odbijajacej ustawionej w kie- runku slonca, przy czym w liniowym ognisku ele- mentu odbijajacego jest umieszczony, na calej jego dlugosci, odbiornik odbitego promieniowania slo- necznego, który jest wlaczony w uklad obiegowy, zawierajacy ogrzewana ciecz, za posrednictwem za- worów, znam ienny tym, ze umieszczone na kon- cach odbiornika zawory dolny (3) i górny (4) sa za- worami jednokierunkowymi, przy czym zawór górny (4) jest polaczony z wywierajacym na niego prze- ciwcisnienie pojemnikiem, który z kolei jest pola- czony z ukladem obiegowym cieczy (9), a ponad to przeciwcisnienie pojemnika oraz cisnienie, przy któ- rym dolny zawór (3) jest otwarty do odbiornika, sa równe cisnieniu cieczy w odbiorniku przy temperatu- rze jej parowania. Fig 1 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest kolektor energii słonecznej.

Znane kolektory energii słonecznej, na przykład opisane w książce Jana Nowickiego pt.: Promieniowanie słoneczne jako źródło energii (W-wa 1980 str. 24-25, 43-44) zawierają wydłużony element odbijający o zakrzywionym przekroju poprzecznym i odbijającej powierzchni wewnętrznej.

Element odbijający jest zamocowany pochylnie, a odbijająca powierzchnia wewnętrzna jest skierowana w kierunku słońca. Odbiornik promieni słonecznych jest umieszczony w liniowym ognisku elementu odbijającego na całej jego długości i jest włączony w układ obiegowy zawierający ogrzewaną ciecz za pośrednictwem zaworów znanego typu, na przykład ujawnionych w polskim opisie patentowym nr 87 879.

W znanych kolektorach, tj. w panelach słonecznych, obieg cieczy odbywa się w sposób ciągły i jednorodny, gdy ciecz nagrzewa się w odbiorniku. Jednakże temperatura pozostaje na

167 388 ogół tak niska, że nie można wykorzystać wydajnego działania kolektora z roztworem soli i wymiennikiem ciepła działającym na zasadzie zmiany fazy, chyba ze zostanie zastosowana pompa cieplna lub zainstalowane dodatkowe źródło energii, takie jak olej opałowy lub energia elektryczna. Wynika to z faktu, że woda podawana do akumulatora ma temperaturę 268 K.

Elementy rurowe znanych kolektorów energii słonecznej są także złozone i na ogół wymagają konserwacji ze względu na mały przekrój wewnętrzny i złą cyrkulację.

Inną wadą znanych kolektorów jest małe przyspieszenie krążącego płynu, gdyż na przykład w pochmurny dzień cyrkulacja przez pierwsze dziesięć minut jest nieznaczna i powoduje niedogrzanie. A więc kolektor w takich warunkach nie spełnia swojego zadania.

Kolektor energii słonecznej według wynalazku charakteryzuje się tym, że umieszczone na końcach odbiornika zawory dolny i górny są zaworami jednokierunkowymi, przy czym zawór górny jest połączony z wywierającym na niego przeciwciśnienie pojemnikiem, który z kolei jest połączony z układem obiegowym cieczy, a ponadto to przeciwciśnienie pojemnika oraz ciśnienie, przy którym dolny zawór jest otwarty do odbiornika, są równe ciśnieniu cieczy w odbiorniku przy temperaturze jej parowania.

Korzystnie pojemnik stanowi mieszek sprężysty połączony ze sprężyną, zaś układ obiegowy stanowi rurka obiegowa utrzymująca przeciwciśnienie w mieszku.

Korzystnie odbiornik zawiera wiele cienkich równoległych rurek, a zawory dolny i górny są umieszczone na końcach tych rurek.

Korzystnie odbiornik zawiera od 5 do 7 cienkościennych, metalowych rurek ułożonych z odstępami między sobą.

Korzystnie w zaworze dolnym i górnym jest umieszczony zawór pływakowy przesuwny wzdłuz ich osi i mający powierzchnię uszczelniającą w kształcie stożka ściętego.

Korzystnie zawór pływakowy zawiera górne i dolne żebra ułożone co najmniej częściowo w kierunku powierzchni wewnętrznej obudowy zaworu pływakowego.

Korzystnie układ obiegowy zawiera ciecz, która stanowi roztwór o dobrej przewodności cieplnej i temperaturze wrzenia około 120°C.

Korzystnie ciecz układu obiegowego jest umieszczona w elemencie grzewczym zamocowanym w akumulatorze ciepła.

Korzystnie akumulator ciepła stanowi wymiennik ciepła zawierający spiralę, która jest napełniona cieczą - wodą użytkową.

Podstawową zaletą kolektora według wynalazku jest to, że użyto w nim działające automatycznie zawory, które zostały zamocowane w części górnej i dolnej odbiornika. Zawory te pracują z przerwami, a ciecz jest tylko wypuszczana z odbiornika gdy osiągnie ona punkt parowania.

Zawór górny kolektora jest dodatkowo połączony z mieszkiem sprężystym, który wywiera na niego przeciwciśnienie.

Ciśnienie, przy którym zawór dolny kolektora jest otwarty do zbiornika oraz ciśnienie mieszka sprężystego jest równe ciśnieniu cieczy w odbiorniku. Dzięki zastosowaniu współdziałających ze sobą, jednokierunkowych zaworów mieszka sprężystego osiągnięto stałą temperaturę cieczy będącej w obiegu urządzenia.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie kolektor według wynalazku w widoku z boku, fig. 2 konstrukcję elementu kolektora w widoku od strony jego końca, fig. 3 i 4 - zawór cieczy kolektora w powiększonej skali, w widoku z boku i od góry.

Przedstawiony na fig. 1 kolektor zawiera element odbijający 1, który w przekroju ma wydłużony i paraboliczny kształt, jak to przedstawiono na fig. 2. Na wewnętrzną powierzchnię elementu odbijającego 1 jest nałożona warstwa odbijająca promieniowanie słoneczne. Odbiornik promieni słonecznych jest umieszczony w liniowym ognisku elementu odbijającego i zawiera wiele równoległych cienkich rurek stanowiących wiązkę rurek 2, przechwytujących dużą część promieniowania cieplnego zogniskowanego na tej wiązce rurek 2. Wiązka rurek 2 stanowi dużą powierzchnię i pochłania prawie całe promieniowanie. Górna powierzchnia 2a wiązki rurek 2 jest korzystnie polerowana. Rurki 2 są połączone nieruchomo wokół obrotowej

167 388 osix reflektora i nie poruszają się gdy reflektor obraca się odpowiednio do położenia słońca. Wiązka rurek 2 jest osadzona w roztworze, cieczy, która pozostaje w obiegu w temperaturze wrzenia, na przykład około 303 K. Układ obiegu cieczy stanowi cienka rurka obiegowa 21, połączona z elementem grzewczym 22 umieszczonym w akumulatorze ciepła 8. Akumulator ciepła 8 jest wypełniony roztworem o dobrej przewodności cieplnej. Akumulator ciepła 8 stanowi zamkniętą przestrzeń wypełnioną cieczą 10, nad której powierzchnią jest wytworzone podciśnienie.

Spiralna rurka 11 podawania gorącej wody roboczej jest umieszczona wewnątrz akumulatora ciepła 8. Zbiornik wyrównujący 12 jest umieszczony poniżej akumulatora ciepła 8 i ma zamocowany przelew 12 oraz przełącznik ograniczający.

Przełącznik ograniczający 14, gdy temperatura jest zbyt wysoka i ciecz 9 rozszerza się, wymusza opróżnianie spiralnej rurki 11 lub jako alternatywa, odwraca reflektor od słońca.

Ciecz 9 działa w obiegu w dwóch fazach umożliwiając periodyczne opróżnianie odbiornika z cieczy gdy osiągnie ona temperaturę parowania. Na końcach części górnej i dolnej wiązki rurek 2 są osadzone zawory cieczy - dolny 3 i górny 4 dopuszczając ruch cieczy tylko do góry. Do zaworu górnego 4 jest zamocowany pojemnik, który stanowi sprężysty mieszek 5, w którym jest utrzymywane przeciwciśnienie.

Mieszek 5 jest połączony ze sprężyną. Górna powierzchnia cieczy w sprężystym mieszku 5 jest oznaczona numerem 6. Sprężysty mieszek 5 zawiera zawór konserwacyjny 7 umieszczony w górnym jego końcu.

Gdy ciecz, w której jest umieszczona wiązka rurek 2 osiąga temperaturę parowania, zawór 4 otwiera się i para przemieszcza się do mieszka 5. Dolny zawór 3 pozostaje zamknięty pod wpływem ciśnienia.

Po opróżnieniu wiązki rurek 2 zawór 4 zamyka się, a dolny zawór 3 otwiera się, zaś ciecz z powrotem przepływa do wiązki rurek 2. Gorąca ciecz jednocześnie nadal przelewa się z mieszka 5 do elementu grzewczego 22.

Ciecz w stanie niedogrzanym nie przemieszcza się z odbiornika.

Figury 3 i 4 przedstawiają zawory zawierające zawieradło 17 umieszczone w obudowie 15 na końcach wiązki rurek 2. Zawieradło 17 stanowi materiał o ciężarze właściwym tego samego rzędu co ciecz pozostająca w obiegu.

Stożkowa powierzchnia zawieradła 17 jest dociskana do stożkowej powierzchni 16 obudowy 15 uniemożliwiając przepływ roztworu w kierunku do dołu obudowy 15. Górna część zawieradła 17 zawiera górne żebra 19. W jego dolnej części są zamocowane dolne żebra 18, które są ułożone po wewnętrznej ściance obudowy 15, zaś roztwór przepływa do góry pomiędzy nimi. Wewnętrzny występ 20 ukształtowany w obudowie 15 ogranicza ruch do góry zawieradła 17. Gdy ciecz obiegowa w kolektorze jest zimna, czas trwania pierwszego opróżnienia odbiornika lub do otwarcia zaworu 4 wynosi około 70 sek. Po osiągnięciu roboczej temperatury przez kolektor, czas trwania cyklu wynosi odpowiednio około 10 sek. Rurki 2 i rurka obiegowa 21 z konwencjonalnej stali nierdzewnej wykonane są jako cienkościenne, o zewnętrznej średnicy 7 do 8 mm i grubości ścianki 0,15 mm. Temperatura wrzenia cieczy cyrkulując wynosi około 303 K.

167 388

167 388

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 1,50 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kolektor energii słonecznej, zawierający zamocowany pochylnie, wzdłuzny element odbijający o zakrzywionym przekroju poprzecznym i wewnętrznej powierzchni odbijającej ustawionej w kierunku słońca, przy czym w liniowym ognisku elementu odbijającego jest umieszczony, na całej jego długości, odbiornik odbitego promieniowania słonecznego, który jest włączony w układ obiegowy, zawierający ogrzewaną ciecz, za pośrednictwem zaworów, znamienny tym, że umieszczone na końcach odbiornika zawory dolny (3) i górny (4) są zaworami jednokierunkowymi, przy czym zawór górny (4) jest połączony z wywierającym na niego przeciwciśnienie pojemnikiem, który z kolei jest połączony z układem obiegowym cieczy (9), a ponad to przeciwciśnienie pojemnika oraz ciśnienie, przy którym dolny zawór (3) jest otwarty do odbiornika, są równe ciśnieniu cieczy w odbiorniku przy temperaturze jej parowania.
2. 2. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że pojemnik stanowi mieszek sprężysty (5) połączony ze sprężyną, zaś układ obiegowy stanowi rurka obiegowa (21) utrzymująca przeciwciśnienie w mieszku sprężystym (5).
3. 3. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że odbiornik zawiera wiele cienkich, równoległych rurek (2), a zawory dolny (3) i górny (4) są umieszczone na końcach tych rurek (2).
4. 4. Kolektor według zastrz. 3, znamienny tym, że odbiornik zawiera od 5 do 7 cienkościennych metalowych rurek (2) ułożonych z odstępami między sobą.
5. 5. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, ze w zaworze dolnym (3) i górnym (4) jest umieszczone zawieradło (17) przesuwne wzdłuż ich osi i mające powierzchnię uszczelniającą w kształcie stożka ściętego.
6. 6. Kolektor według zastrz. 5, znamienny tym, ze zawieradło (17) zawiera górne i dolne żebra (18, 19) ułożone co najmniej częściowo w kierunku powierzchni wewnętrznych obudowy (15) zaworów (3, 4).
7. 7. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że układ obiegowy zawiera ciecz (9), która stanowi roztwór o dobrej przewodności cieplnej i temperaturze wrzenia około 120°C.
8. 8. Kolektor według zastrz. 7, znamienny tym, że ciecz (9) układu obiegowego jest umieszczona w elemencie grzewczym (22) zamocowanym w akumulatorze ciepła (8).
9. 9. Kolektor według zastrz. 8, znamienny tym, że akumulator ciepła (8) stanowi wymiennik ciepła zawierający spiralę (11), która jest napełniona wodą użytkową.