PL214995B1 - Kolektor słoneczny - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest kolektor słoneczny przeznaczony do wykorzystywania energii promieniowania słonecznego, zwłaszcza do celów grzewczych.

Kolektory słoneczne wykonane są w postaci zwierciadła sprzężonego z układem naprowadzającym, który pozycjonuje zwierciadło prostopadle do kierunku słońca tak, aby odbijane promienie słoneczne skupiały się na absorberze i oddawały ciepło czynnikowi grzewczemu.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego US5069540 kolektor słoneczny z parabolicznym zwierciadłem. Nad powierzchnią parabolicznego zwierciadła, wzdłuż linii ogniska jest zamocowany absorber rurowy, przez który jest transportowana ciecz grzewcza absorbująca ciepło. Aby zapewnić wysoką sprawność wykorzystania energii słonecznej urządzenie jest wyposażone w stalowy element nośny z mechanizmem umożliwiającym właściwe pozycjonowanie zwierciadła względem aktualnego położenia słońca.

Celem wynalazku jest opracowanie kolektora słonecznego zapewniającego nadążne pozycjonowanie parabolicznego zwierciadła względem słońca, o lekkiej konstrukcji i wystarczającej wytrzymałości mechanicznej.

Zgodnie z wynalazkiem, kolektor słoneczny zawiera paraboliczne zwierciadło zamocowane na konstrukcji wsporczej oraz absorber z przepływającym czynnikiem grzewczym usytuowany w ognisku paraboli. Rozwiązanie charakteryzuje się tym, że konstrukcja wsporcza parabolicznego zwierciadła jest połączona z pierścieniową ślimacznicą napędzaną przez ślimak, przy czym naprzeciwko ślimaka, po drugiej stronie pierścienia ślimacznicy, jest osadzona rolka oporowa.

Korzystnie rolka oporowa ma prowadnice kołnierzowe przeznaczone od kontaktu z płaszczyznami czołowymi pierścienia ślimacznicy.

Również korzystnym jest, gdy paraboliczne zwierciadło jest przymocowane do konstrukcji wsporczej w sposób uchylny za pomocą siłownika.

W innym korzystnym rozwiązaniu pierścieniowa ślimacznica jest wykonana z tworzywa sztucznego, zaś konstrukcja wsporcza parabolicznego zwierciadła jest połączona z pierścieniową ślimacznicą w sposób rozłączny.

Zespolenie konstrukcji wsporczej z pierścieniową ślimacznicą pozwala na wzmocnienie konstrukcji zespołu podporowego, zwłaszcza w obszarze mocowania parabolicznego zwierciadła i zabezpiecza przed deformacją konstrukcji, wpływającą na błędy pozycjonowania zwierciadła podczas wietrznej pogody. Dzięki zastosowaniu rolki podporowej umieszczonej po drugiej stronie pierścienia ślimacznicy możliwe jest uzyskanie właściwego zazębienia ze ślimakiem nawet przy znacznie zmniejszonej sztywności postaciowej ślimacznicy. Poprzez zastosowanie rolki podporowej możliwe jest również wykonanie ślimacznicy z materiałów o mniejszej sztywności, na przykład z tworzywa sztucznego.

Przez rozłączne połączenie konstrukcji wsporczej z pierścieniową ślimacznicą uzyskuje się możliwość względnego przemieszczania tych elementów. Takie rozwiązanie umożliwia stopniowe wykorzystywanie innych niezużytych odcinków obwodu ślimacznicy poprzez mocowanie konstrukcji wsporczej w innym położeniu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia konstrukcję wsporczą kolektora według wynalazku bez siłownika i parabolicznego zwierciadła w widoku z góry, zaś fig. 2 - konstrukcję kolektora słonecznego według wynalazku w widoku z boku, z częściowym przekrojem pierścieniowej ślimacznicy pomiędzy ślimakiem i rolką oporową.

Jak przedstawiono w przykładzie wykonania, paraboliczne zwierciadło 1 kolektora słonecznego ma absorber 2 z przepływającym czynnikiem grzewczym umieszczony w ognisku paraboli za pomocą wsporników 3. Paraboliczne zwierciadło 1 jest zamocowane do pierścieniowej ślimacznicy 4 poprzez konstrukcję wsporczą 5 utworzoną z podporowej belki 6 i wsporczych belek 7, tworzących razem obrotową konstrukcję wsporczą. Belki 6 i 7 tworzące konstrukcję wsporczą 5 są połączone ze sobą pod kątem prostym i przykręcone do płaszczyzny czołowej pierścienia ślimacznicy 4 za pomocą śrub 8.

Podporowa belka 6 jest wsparta obrotowo w osi obrotu 9, a do jej boków są przyspawane wsporcze belki 7 usytuowane wzdłuż średnicy pierścieniowej ślimacznicy 4. Ponadto podporowa belka 6 ma dwa przeguby mocujące 10, 11 umieszczone w pobliżu swych obydwu końców. Pierwszy przegub mocujący 10 stanowi oś obrotu parabolicznego zwierciadła 1 w płaszczyźnie pionowej, a drugi przegub mocujący 11 jest osią obrotu siłownika liniowego 12 umożliwiającego obrót parabolicznego zwierciadła 1 w tej płaszczyźnie. Obrót parabolicznego zwierciadła 1 w płaszczyźnie poziomej jest realizowany poprzez motoreduktor 13 napędzający ślimak 14, który zazębia się z pierścieniową ślimacznicą 4.

PL 214 995 B1

Mała sztywność postaciowa pierścieniowej ślimacznicy 4 jest zwiększona przez konstrukcję wsporczą, utworzoną z podporowej belki 6 i wsporczych belek 7 zespawanych ze sobą i przymocowanych śrubami 8 do płaszczyzny czołowej pierścienia ślimacznicy 4. Ponadto, w celu zapewnienia właściwego i nieprzerwalnego kontaktu zębów pierścieniowej ślimacznicy 4 z zębami ślimaka 14, po drugiej stronie pierścienia ślimacznicy 4, w jej wnętrzu jest osadzona rolka oporowa 15 stykająca się z wewnętrzną powierzchnią walcową 16.

Rolka oporowa 15 i konstrukcja wsporcza 5 utworzona z podporowej belki 6 i wsporczych belek 7 są osadzone obrotowo na konstrukcji nośnej 17 przystosowanej do mocowania do wybranego, dobrze nasłonecznionego obiektu, takiego jak na przykład konstrukcja dachowa domu.

W przykładzie wykonania zilustrowanym na fig. 2 rolka oporowa 15 styka się z wewnętrzną powierzchnią walcową 16 pierścieniowej ślimacznicy 4, jednakże dla zrealizowania celu wynalazku rolka oporowa 15 może być umieszczona również w pewnym oddaleniu od powierzchni walcowej 16. Przez nieznaczne oddalenie rolki oporowej 15 uzyskuje się dodatkowy efekt techniczny w postaci zmniejszonych oporów tarcia, ponieważ w typowych warunkach atmosferycznych przy bezwietrznej pogodzie zasadniczo nie następuje deformacja pierścienia ślimacznicy 4 w tak dużym stopniu, aby wpływać na pogorszenie się jakości zazębienia. W takim przypadku rolka oporowa 15 zapewnia bezpieczne zazębienie ślimaka 14 i ślimacznicy 4, nie kontaktując się jednak przez większość czasu z wewnętrzną powierzchnią walcową 16 pierścienia ślimacznicy 4.

W korzystnym przykładzie realizacji wynalazku pierścień ślimacznicy 4 jest wykonany z tworzywa sztucznego, na przykład z polietylenu o dużej gęstości HDPE. Tworzywa sztuczne charakteryzują się dużą sprężystością, ale przy tym znacznie niższą sztywnością postaciową niż stosowane w tym celu stopy metali. Niska sztywność postaciowa tworzywowego pierścienia ślimacznicy 4 jest niwelowana przez zastosowanie rolki oporowej 15 stykającej się z wewnętrzną powierzchnią walcową 16.

Rolka oporowa 15 ma ponadto prowadnice kołnierzowe 18, przeznaczone od kontaktu z płaszczyznami czołowymi pierścienia ślimacznicy 4, zabezpieczające przed wyzębianiem się ślimacznicy 4 w kierunku osiowym.

W celu zapewnienia zrównoważonej wytrzymałości na ścinanie zębów tworzywowej ślimacznicy względem zębów ślimaka, grubość zęba ślimacznicy wykonanej z HDPE stanowi około 70%, a grubość zęba ślimaka wykonanego ze stali stanowi około 30% podziałki zębów. Proporcje grubości zębów dobiera się każdorazowo w zależności od właściwości materiałów stosowanych na ślimak i ślimacznicę.

Paraboliczne zwierciadło 1 jest sterowane tak, aby zapewnić jego prostopadłe położenie względem słońca, od wschodu do zachodu. W tym celu system sterowania (nie uwidoczniony na rysunku) dokonuje zmiany pozycji kątowych parabolicznego zwierciadła 1 przez jego obrót w określonych odstępach czasowych w płaszczyźnie poziomej, przy wykorzystaniu przekładni ślimakowej napędzanej motoreduktorem 13 i płaszczyźnie pionowej, przy wykorzystaniu siłownika liniowego 12. Podczas śledzenia słońca w cyklu dziennym ślimak 14 współpracuje tylko z częścią obwodu ślimacznicy 4. Pozostała część, zwłaszcza ta część ślimacznicy 4, która znajduje się pod konstrukcją wsporczą 5, nie zazębia się podczas całego cyklu dziennego ze ślimakiem 14, przez co nie zużywa się podczas pracy kolektora słonecznego. Aby wykorzystać tę część uzębienia ślimacznicy 4, po zużyciu jej pracującego odcinka, konstrukcję wsporczą 5 parabolicznego zwierciadła 1 odkręca się i ponownie montuje w pozycji obróconej o 180° tak, że podporowa belka 6 jest mocowana śrubami 8 do otworów 19.

Claims (5)

1. Kolektor słoneczny zawierający paraboliczne zwierciadło zamocowane na konstrukcji wsporczej oraz absorber z przepływającym czynnikiem grzewczym usytuowany w ognisku paraboli, znamienny tym, że konstrukcja wsporcza (5) parabolicznego zwierciadła (1) jest połączona z pierścieniową ślimacznicą (4) napędzaną przez ślimak (14), przy czym naprzeciwko ślimaka (14) po drugiej stronie pierścienia ślimacznicy (1) jest osadzona rolka oporowa (15).

2. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że rolka oporowa (15) ma prowadnice kołnierzowe (18) przeznaczone od kontaktu z płaszczyznami czołowymi pierścienia ślimacznicy (4).

3. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że paraboliczne zwierciadło (1) jest przymocowane do konstrukcji wsporczej (5) w sposób uchylny za pomocą siłownika (12).

4. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścieniowa ślimacznica (4) jest wykonana z tworzywa sztucznego.

PL 214 995 B1

5. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że konstrukcja wsporcza (5) parabolicznego zwierciadła (1) jest połączona z pierścieniową ślimacznicą (4) w sposób rozłączny.