PL201913B1 - Układ do gromadzenia i przechowywania energii słonecznej - Google Patents

Abstract

1. Układ do gromadzenia i przechowywania energii słonecznej, zawierający kolektor słoneczny, nośnik energii, akumulator energii oraz obwody termoelektryczne termopar połączonych w termostosy, znamienny tym, że wewnątrz kolektora słonecznego (6) ma umieszczone ciepłe elektrody (7) termostosu, którego zimne elektrody (8), oddzielone warstwą izolacji cieplnej, znajdują się w chłodnicy (3) kolumny wentylacyjnej (1), przy czym bieguny (9) obwodu termoelektrycznego są elektrycznie sprzężone z zaciskami zasilania skraplacza (11) gazu, który posiada zbiornik (12) ciekłego gazu, połączony rozłącznie izolowanym cieplnie rurowym przewodem (13) z komorą (16) ciekłego gazu w akumulatorze (17) termoelektrycznym.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do gromadzenia i przechowywania energii słonecznej, znajdujący zastosowanie w energetyce.

Znane są układy pozyskiwania i przechowywania energii słonecznej, składające się z kolektora słonecznego absorbującego ciepło, w którym jako nośnik ciepła najczęściej jest ogrzewana woda. Podgrzana woda jest przechowywana w izolowanym cieplnie zbiorniku, z którego jest pobierana do odbiorników. Jeden z takich układów jest przedstawiony w opisie polskiego zgłoszenia patentowego nr 352114. Układ ten zawiera kolektor słoneczny, zbudowany z absorbera energii słonecznej w postaci prostopadłościennej, cienkiej płyty. Absorber, swoją płaszczyzną absorbującą, jest nachylony w kierunku sł o ń ca. W pł ycie absorbera znajduje się zbiornik wody, połączony przewodami rurowymi z akumulatorem ciepł a. Na przewodzie doprowadzenia wody od akumulatora do kolektora jest zainstalowana pompa, wymuszająca obieg wody. Akumulator ciepła jest wolnostojącym, izolowanym cieplnie, zbiornikiem wody podgrzanej, w którym kumuluje się uzyskana słoneczna energia cieplna zawarta w wodzie. Akumulator jest połączony z odbiornikami ciepła, w obiegu zamkniętym, w którym woda ogrzana, po oddaniu ciepła w grzejnikach, ochłodzona wraca do akumulatora.

W znanym układzie energia słoneczna skumulowana w wodzie szybko ulega rozproszeniu podczas przechowywania i przesyłania na niewielką nawet odległość. Temperatura podgrzanego nośnika jest stosunkowo niska i w przypadku jego zastosowania w instalacji grzewczej, ilość ciepła oddawana w grzejnikach jest niewielka.

Znane jest też zjawisko zamiany ciepła w prąd elektryczny zwane termoelektrycznością, które powstaje w termoparze. Termopara składa się z dwóch elektrod, wykonanych z różnych metali, włączonych szeregowo w obwód termoelektryczny. Elektrody są między sobą odizolowane cieplnie. Gdy jedna z elektrod zwana ciepłą zostanie podgrzana, a druga zimna elektroda zachowa temperaturę niższą lub zostanie dodatkowo ochłodzona, w obwodzie popłynie prąd elektryczny, którego siła termoelektryczna jest proporcjonalna do różnicy temperatur między elektrodami. Po połączeniu szeregowo termopar w termostosy, siła termoelektryczna obwodu termoelektrycznego ulega proporcjonalnie zwiększeniu.

Celem wynalazku jest układ, w którym ciepło energii słonecznej pozyskiwane w kolektorze słonecznym, będzie przekształcone w inną postać energii, łatwiejszą do przechowywania i przesyłania do odległych odbiorników.

Cel ten osiągnięto w układzie według wynalazku, który wewnątrz kolektora słonecznego ma umieszczone ciepłe elektrody termostosu, oddzielone warstwą izolacji cieplnej od jego zimnych elektrod usytuowanych w chłodnicy kolumny wentylacyjnej. Bieguny obwodu termoelektrycznego są elektrycznie sprzężone z zaciskami zasilania skraplacza gazu. Zbiornik ciekłego gazu skraplacza jest połączony, rozłącznie izolowanym cieplnie przewodem rurowym, z komorą ciekłego gazu w akumulatorze termoelektrycznym. Chłodnica ma kształt cylindrycznego przewężenia, które na końcach jest połączone stożkowymi przejściami z dolną i górną częścią kolumny wentylacyjnej. Kolumna wentylacyjna ma dolną część przy fundamencie zaopatrzoną w otwory wlotu powietrza i pokrytą materiałem odbijającym promienie słoneczne. Górna część kolumny wentylacyjnej nad chłodnicą jest pokryta materiałem absorbującym ciepło słoneczne. Akumulator ma w pokrywie zainstalowany obwód termoelektryczny termostosu, którego zimne elektrody są wysunięte do wnętrza komory ciekłego gazu, a ciepłe elektrody są oddzielone warstwą izolacji cieplnej i są usytuowane pod zewnętrzną powierzchnią pokrywy. Bieguny obwodu termoelektrycznego są wyprowadzone do zacisków na pokrywie akumulatora. W komorze nad poziomem ciekłego gazu znajduje się przesuwna przegroda i zawór ciś nieniowy.

Korzystnym skutkiem układu według wynalazku jest uzyskanie dogodnej do użytku energii elektrycznej, uzyskanej w wyniku przetworzenia ciepła słonecznego w prąd elektryczny, przy pomocy którego wytworzony jest nośnik energii w postaci ciekłego gazu w skraplaczu zasilanym elektrycznie. Ciekły gaz jest skumulowaną formą energii, która może być odtworzona przez akumulator w innym miejscu i czasie w postaci prądu elektrycznego.

Przedmiot wynalazku jest dokładniej przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym jest uwidoczniony poglądowy schemat układu.

Układ składa się z pionowej rurowej kolumny wentylacyjnej 1, posadowionej na fundamencie 2, która w części środkowej posiada chłodnicę 3 w postaci cylindrycznego przewężenia, połączoną stożkowymi przejściami 4 na końcach z dolną i górną częścią kolumny wentylacyjnej 1. W dolnej części nad fundamentem 2 kolumna wentylacyjna 1 ma wykonane otwory 5 wlotu powietrza i jest na zePL 201 913 B1 wnętrznej powierzchni pokryta materiałem odbijającym promienie słoneczne. W górnej części nad chłodnicą 3 kolumna wentylacyjna 1 jest na zewnętrznej powierzchni pokryta materiałem absorbującym ciepło promieniowania słonecznego. Na zewnętrznej ścianie chłodnicy 3 jest zainstalowany kolektor słoneczny 6, wewnątrz którego są rozmieszczone ciepłe elektrody 7 obwodu termoelektrycznego, oddzielone warstwą izolacji cieplnej od zimnych elektrod 8, które są umieszczone wewnątrz chłodnicy 3. Każda ciepła elektroda 7 jest połączona szeregowo z zimną elektrodą 8, tworząc termoparę. Termopary są szeregowo połączone w termostos, który jest włączony szeregowo w obwód termoelektryczny. Bieguny 9 obwodu termoelektrycznego, są połączone przewodami elektrycznymi 10 z zaciskami zasilania skraplacza 11 azotu z powietrza atmosferycznego. Zbiornik 12 ciekłego azotu skraplacza 11, jest połączony izolowanym cieplnie przewodem 13, poprzez zawory odcinające 14, 15, z izolowaną cieplnie komorą 16 ciekłego azotu akumulatora 17 termoelektrycznego. W komorze 16 akumulatora 17, nad powierzchnią ciekłego azotu znajduje się ruchoma przegroda 18. W przestrzeni nad przegrodą 18 są umieszczone zimne elektrody 19 drugiego termostosu, połączone poprzez warstwę izolacji cieplnej pokrywy akumulatora 17, z ciepłymi elektrodami 20, znajdującymi się pod zewnętrzną powierzchnią pokrywy akumulatora 17. W ścianie bocznej nad przegrodą 18 jest zainstalowany zawór ciśnieniowy 21. Akumulator 17 ma wyprowadzone końcówki obwodu termoelektrycznego do zacisków 22 na pokrywie.

Ciepło promieniowania słonecznego ogrzewa ciepłe elektrody 7 termostosu, znajdujące się wewnątrz kolektora słonecznego 6, natomiast jego zimne elektrody 8, znajdujące się w chłodnicy 3 są chłodzone strumieniem powietrza przepływającym przez kolumnę wentylacyjną 1. Cyrkulacja powietrza w kolumnie wentylacyjnej 1 jest wymuszana rozkładem temperatur w poszczególnych jej odcinkach i kształtem chłodnicy 3. W górnej części kolumny wentylacyjnej 1, pokrytej materiałem absorbującym ciepło promieniowania słonecznego, powietrze ma temperaturę nieco wyższą od temperatury powietrza w jej dolnej części. Ciepłe powietrze unosząc się do góry powoduje zasysanie powietrza przez otwory 5. Stożkowe przejścia 4 i przewężenie chłodnicy 3, przyspiesza przepływ strumienia powietrza w chłodnicy 3 i zwiększa skuteczność chłodzenia. Różnica temperatur między ciepłymi elektrodami 7 i zimnymi elektrodami 8 wyzwala przepływ prądu w obwodzie termoelektrycznym, którym jest zasilany skraplacz 11 azotu. Skroplony azot gromadzi się w zbiorniku 12, z którego po otwarciu przepływu w zaworach odcinających 14, 15, jest przesyłany do komory 16 akumulatora 17. Niska temperatura ciekłego azotu obniża temperaturę zimnych elektrod 19 obwodu termoelektrycznego akumulatora 17, przy zachowaniu temperatury ciepłych elektrod 20, zbliżonej do temperatury otoczenia. Znaczna różnica temperatur między ciepłymi i zimnymi elektrodami 19, 20 akumulatora 17, powoduje powstanie siły elektromotorycznej na jego zaciskach 22, do zasilania odbiorników elektrycznych. Zawór ciśnieniowy 21 reguluje ciśnienie w przestrzeni nad przegrodą 18, komory 16, zapewniając w niej stałą temperaturę niezależnie od poziomu ciekłego azotu.

Claims (4)

1. Układ do gromadzenia i przechowywania energii słonecznej, zawierający kolektor słoneczny, nośnik energii, akumulator energii oraz obwody termoelektryczne termopar połączonych w termostosy, znamienny tym, że wewnątrz kolektora słonecznego (6) ma umieszczone ciepłe elektrody (7) termostosu, którego zimne elektrody (8), oddzielone warstwą izolacji cieplnej, znajdują się w chłodnicy (3) kolumny wentylacyjnej (1), przy czym bieguny (9) obwodu termoelektrycznego są elektrycznie sprzężone z zaciskami zasilania skraplacza (11) gazu, który posiada zbiornik (12) ciekłego gazu, połączony rozłącznie izolowanym cieplnie rurowym przewodem (13) z komorą (16) ciekłego gazu w akumulatorze (17) termoelektrycznym.

2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że chłodnicę (3) ma w kształcie cylindrycznego przewężenia, połączoną stożkowymi przejściami (4) z dolną i górną częścią kolumny wentylacyjnej (1), przy czym kolumna wentylacyjna (1) ma część dolną zaopatrzoną przy fundamencie (2) w otwory (5) wlotu powietrza i pokrytą materiałem odbijającym promienie słoneczne, natomiast część górną nad chłodnicą (3) ma pokrytą materiałem absorbującym ciepło słoneczne.

3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że akumulator (17) ma w pokrywie zainstalowany obwód termoelektryczny termostosu, którego zimne elektrody (19) są wysunięte do wnętrza komory (16) ciekłego gazu, a ciepłe elektrody (20) są oddzielone warstwą izolacji cieplnej i są usytuowane pod

PL 201 913 B1 zewnętrzną powierzchnią pokrywy, natomiast bieguny obwodu termoelektrycznego są wyprowadzone do zacisków (22) umieszczonych na pokrywie akumulatora (17).

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że komora (16) akumulatora (17) nad poziomem ciekłego gazu posiada przesuwną przegrodę (18) i zawór ciśnieniowy (21).