PL223618B1 - Kolektor słoneczny - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kolektor słoneczny, zwłaszcza znajdujący zastosowanie w systemach ogrzewania, klimatyzacji, instalacjach przygotowania ciepłej wody użytkowej.

Kolektor rurowy, znany z opisu patentowego PL202199, przeznaczony jest do wykorzystania ciepła słonecznego z zastosowaniem płynu roboczego przepływającego przez kolektor. Kolektor rurowy jest zbudowany z kilku umieszczonych równolegle względem siebie płaszczowych rur przepływowych oraz ekranów odblaskowych umieszczonych z odstępem za płaszczowymi rurami przepływowymi, w którym każda płaszczowa rura przepływowa ma dwie współśrodkowe rury: rurę zewnętrzną i rurę wewnętrzną oddzielone warstwą izolacyjną. Ekran odblaskowy ma powierzchnie odbijające o nieregularnej chropowatej powierzchni koloru białego.

Kolektor słoneczny znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego P.386603, zawiera on paraboliczne zwierciadło, zamocowane na konstrukcji wsporczej oraz absorber z przepływającym czynnikiem grzewczym, usytuowany w ognisku paraboli. Ponadto, konstrukcja wsporcza parabolicznego zwierciadła jest połączona z pierścieniową ślimacznicą, napędzaną przez ślimak, zaś naprzeciwko ślimaka, po drugiej stronie pierścienia ślimacznicy, jest osadzona rolka oporowa.

Z kolei w innym polskim zgłoszeniu patentowym P.391335 opisano kolektor słoneczny charakteryzujący się tym, że co najmniej jedna rura czynnika roboczego umocowana jest w liniowym ognisku wzdłużnego parabolicznego elementu optycznego w postaci absorbera profilowanego, który osadzony jest obrotowo względem rury czynnika roboczego i wykonany z jednolitego pasa blachy, przy czym w części środkowej absorber profilowany wygięty jest w rurę na zewnątrz pokrytą warstwą absorbującą, zaś powierzchnią wewnętrzną przylegającą do rury czynnika roboczego. Po obu stronach wygiętej rury absorber profilowany przechodzi we wzdłużny element paraboliczny, którego powierzchnia wklęsła pokryta jest warstwą zwierciadlaną, a powierzchnia wypukła pokryta jest zewnętrzną warstwą absorbującą, ponadto rura czynnika roboczego wraz z profilowanym absorberem umieszczone są w rurze szklanej zamkniętej dennicami.

Słoneczny kolektor skupiający liniowo, który opisano w polskim zgłoszeniu patentowym P.393865, skupia liniowo promieniowanie słoneczne na absorberze. Kolektor ma absorber próżniowy zamontowany wewnątrz obszaru ograniczonego rurą szklaną i przymocowany do dwóch szyn wyprofilowanych korzystnie parabolicznie. Szyny posiadają prowadnice, w których osadzona jest przesuwnie roleta lustrzana wykonana z połączonych pasów lustra, zaś na końcu obu szyn zamontowana jest skrzynka, wewnątrz, której osadzony jest obrotowo wałek z nawiniętą roletą lustrzaną.

Kolektor słoneczny przedstawiony w polskim zgłoszeniu patentowym P.340525 charakteryzuje się tym, że ma pasy zwierciadła płaskiego ułożone stycznie i przytwierdzone do ukształtowanej w formie wycinka walca konstrukcji nośnej za pomocą wsporników zamocowanych na ich końcach, a stosunek wysokości h pasa do wysokości H absorbera mieści się w zakresie od 0,1 do 0,9, przy czym absorber jest dodatkowo nagrzewany bezpośrednio, natomiast konstrukcja nośna jest zawieszona na stojakach w osi przechodzącej przez jej środek ciężkości i jest przechylana za pomocą siłowników elektrycznych umieszczonych przy stojakach.

Kolektor energii słonecznej, znany z polskiego zgłoszenia patentowego P.340138, zawiera ustawiony poprzecznie do promieni słonecznych wzdłużny optyczny element, skupiający w swym liniowym ognisku promienie słoneczne. Na całej długości liniowego ogniska znajduje się odbiornik ciepła, zawierający ogrzewane medium włączone w układ obiegowy. Element skupiający składa się z jednej lub więcej przezroczystych tafli z rowkami równoległymi do siebie i do liniowego odbiornika o przekroju kątowym tak dobranym, by jedna z powierzchni bocznych każdego rowka jak pryzmat załamywała światło słoneczne dokładnie na odbiornik z ogrzewanym medium ciekłym lub gazowym.

Kolektor kondensujący energię solarną znany z polskiego zgłoszenia patentowego P.356757 charakteryzuje się tym, że ma postać wydrążonego walca, korzystnie żelbetowego pokrytego wewnątrz lustrem, przy czym w dnie walca umieszczony jest pochłaniacz energii.

Kolektor słoneczny, znany z polskiego zgłoszenia patentowego P.382128, posiada zwierciadła, które mogą być pozycjonowane w czasie pracy prostopadle do promieni słonecznych. Kolektor charakteryzuje się tym, że składa się z szeregu parabolicznych zwierciadeł liniowych, których czasze wyposażone są w przewód o różnym współczynniku przenikania, połączony z przewodem olejowym oraz z wężownicą, oraz składa się ze zbiornika dwukomorowego, którego połączenie sterowane jest termostatem.

PL 223 618 B1

Kolektor skupiający energię słoneczną, znany z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2011279918, składa się ze wzdłużnego odbiornika promieniowania oraz liniowo skupiającego elementu optycznego, który umiejscowiony jest równolegle do długiej osi wzdłużnego odbiornika promieniowania. Reflektor promieniowania słonecznego zajmuje stałą pozycję w stosunku do odbiornika promieniowania. Odbiornik oraz wzdłużny element optyczny umieszczone są na wzdłużnym elemencie wspierającym.

Kolektor skupiający, znany z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US2011284055, posiada wzdłużny reflektor skupiający liniowo, którego powierzchnia zwierciadlana utworzona jest z części powierzchni parabolicznej będącej jedną ze stron dwóch symetrycznych powierzchni parabolicznych. Wzdłużny odbiornik promieniowania umiejscowiony jest równolegle do długiej osi wzdłużnego odbiornika promieniowania. Reflektor promieniowania słonecznego zajmuje stałą pozycję w stosunku do odbiornika promieniowania. Odbiornik oraz wzdłużny element optyczny umieszczone są na wzdłużnym elemencie wspierającym.

Kolektor skupiający przedstawiony w niemieckim zgłoszeniu patentowym DE102008035879 wyposażony jest w rurę będącą absorberem promieniowania. Absorber znajduje się w liniowym punkcie skupiania wzdłużnego elementu optycznego, który składa się z równo oddalonych od siebie elementów lustrzanych ustalonych względem wspólnej osi. Elementy lustrzane są przymocowane do siebie nawzajem. Absorber rurowy stanowi punkt podparcia oraz oś obrotu dla wzdłużnej powierzchni lustrzanej.

Z międzynarodowego zgłoszenia patentowego W O2012076949 znany jest paraboliczny kolektor rynnowy, który posiada wzdłużny, paraboliczny reflektor skupiający liniowo, w którego ognisku znajduje się absorber rurowy. Absorber umiejscowiony jest równolegle do długiej osi wzdłużnego o dbiornika promieniowania. Absorber rurowy znajduje się w rurze szklanej i jest zaizolowany próżniowo. Reflektor promieniowania słonecznego zajmuje stałą pozycję w stosunku do odbiornika promieniowania. Absorber oraz wzdłużny element optyczny umieszczone są na wzdłużnym elemencie wspierającym i pozostają pochylone w stosunku do pozycji horyzontalnej.

Z polskiego zgłoszenia patentowego P.391335 znany jest kolektor słoneczny posiadający rurę czynnika roboczego umocowaną w liniowym ognisku absorbera profilowanego wykonanego z jednolitego pasa blachy, który jest osadzony obrotowo względem rury czynnika roboczego. W części śro dkowej absorber profilowany wygięty jest w rurę pokrytą po zewnętrznej stronie warstwą absorbującą.

Kolektor słoneczny zbudowany z co najmniej jednej zamkniętej obustronnie dennicami przeźroczystej osłony rurowej w której umiejscowiony jest wzdłużny, paraboliczny reflektor w którego liniowym ognisku usytuowana jest rura czynnika roboczego przy czym wzdłużny, paraboliczny reflektor ma postać utworzonego z blachy profilowanego absorbera, który w części środkowej swojego profilu w ygięty jest w rurową obejmę powierzchnią wewnętrzną otaczającą rurę czynnika roboczego zaś na zewnątrz pokrytą warstwą absorbującą, następnie z wygiętej obejmy rurowej profil przechodzi w część łączącą i dalej na swych końcowych odcinkach przechodzi w znajdujący się po obu stronach rurowej osłony wzdłużny element paraboliczny, którego powierzchnia wklęsła pokryta jest warstwą zwierciadlaną a powierzchnia wypukła warstwą absorbującą według wynalazku charakteryzuje się tym, iż rura czynnika roboczego umiejscowiona jest współosiowo w otaczającej ją rurze zewnętrznej, na której osadzona jest rurowa obejma profilowanego absorbera przy czym rurowa obejma do rury zewnętrznej dociskana jest obejmującymi rurową obejmę kształtownikami, z których każdy ma paraboliczną krawędź usztywniającą paraboliczną krzywiznę przylegle zamocowanego do niego parabolicznego el ementu profilowanego absorbera, ponadto rura czynnika roboczego i rura zewnętrzna obrotowo względem siebie zamocowane są w zamykających przeźroczystą osłonę rurową dennicach a przestrzeń pomiędzy rurą czynnika roboczego a otaczającą ją rurą zewnętrzną wypełniona jest medium pośredniczącym w wymianie ciepła.

Korzystnie profilowany absorber zbudowany jest z dwóch symetrycznych do siebie profilowanych pasów blachy.

Zaletą kolektora słonecznego według wynalazku, jest możliwość niezależnego obrotu rury zewnętrznej z profilowanym absorberem względem rury czynnika roboczego, przy zachowaniu stałego kontaktu cieplnego obu elementów. Konstrukcja według wynalazku pozwala na trwałe połączenie rury zewnętrznej z przeźroczystą osłoną rurową, a to pozwala utrzymać próżnię w trakcie eksploatacji kolektora oraz zachować wysoką sprawność procesu konwersji promieniowania słonecznego. Ponadto, zamocowane na rurze zewnętrznej kształtowniki pozwalają tworzyć krzywiznę paraboliczną reflektora, nie pogarszając sprawności optycznej reflektora oraz poprawiając sztywność zwierciadła. Kolektor

PL 223 618 B1 słoneczny daje możliwość działania w dwóch trybach pracy. I tak, w przypadku przewagi natężenia promieniowania bezpośredniego, kolektor ustawia się powierzchnią zwierciadlaną reflektora w kierunku padania promieni słonecznych, uzyskując wyższą sprawność termiczną poprzez koncentrację promieniowania. Natomiast, gdy dochodzi do silnego zachmurzenia i całkowite promieniowanie docierające do powierzchni ziemi ma charakter głównie dyfuzyjny, kolektor obraca się częścią wypukłą reflektora pokrytą warstwą absorbującą, co pozwala znacznie sprawniej wykorzystać taki rodzaj promieni owania. Wykonanie absorbera w postaci dwóch zespolonych ze sobą blach pozwala na stosunkowo łatwy montaż, a w przypadku awarii demontaż uszkodzonego elementu.

Przedmiot wynalazku schematycznie uwidoczniony jest na rysunku, na którym, fig. 1 przedstawia kolektor słoneczny w widoku z boku, fig. 2 - kolektor słoneczny w przekroju poprzecznym, fig. 3 kształtownik KS, warstwę zwierciadlaną WZ naniesioną na absorber, umiejscowienie warstw absorpcyjnych WA absorbera, fig. 4 - kolektor słoneczny pracujący podczas przewagi promieniowania dyfuzyjnego PD oraz kolektor słoneczny pracujący podczas przewagi promieniowania bezpośredniego PB.

Kolektor słoneczny w przykładzie wykonania według wynalazku zbudowany jest z co najmniej jednej zamkniętej obustronnie dennicami DN przeźroczystej osłony rurowej RS w której umiejscowiony jest wzdłużny, paraboliczny reflektor w którego liniowym ognisku usytuowana jest rura zewnętrzna RZ w której wnętrzu współosiowo umiejscowiona jest rura czynnika roboczego RW. Wzdłużny, parab oliczny reflektor ma postać, utworzonego z blachy, profilowanego absorbera AB, który w części środkowej swojego profilu wygięty jest w rurową obejmę osadzoną na rurze zewnętrznej RZ następnie z wygiętej obejmy rurowej profil przechodzi w część łączącą i dalej na swych końcowych odcinkach przechodzi w znajdujący się po obu stronach rurowej osłony wzdłużny element paraboliczny, którego powierzchnia wklęsła pokryta jest warstwą zwierciadlaną WZ a powierzchnia wypukła warstwą absorbującą WA. Zewnętrzna powierzchnia profilu w kształcie obejmy rurowej profilowanego absorbera AB pokryta jest warstwą absorbującą WA. Rurowa obejma profilowanego absorbera AB do rury zewnętrznej RZ dociskana jest kształtownikami KS obejmującymi rurową obejmę, z których każdy ma paraboliczną krawędź kształtującą i usztywniającą paraboliczną krzywiznę przylegle zamocowanego do niego parabolicznego elementu profilowanego absorbera AB. Kształtowniki KS mają postać osadzonych w odstępach na rurze zewnętrznej RZ prostopadłych do osi wzdłużnej kolektora profilowanych płytek. Rura czynnika roboczego RW i rura zewnętrzna RZ zamocowane są w zamykających przeźroczystą osłonę rurową RS dennicach DN. Przeźroczysta osłona rurowa RS zespolona jest z rurą zewnętrzną RZ trwale, zaś z rurą czynnika roboczego RW obrotowo. Taka konstrukcja pozwala na obrót przeźr oczystej osłony rurowej RS wraz z rurą zewnętrzną RZ oraz osadzonym na niej profilowanym absorberem względem usztywnianej rury czynnika roboczego RZ. Przestrzeń pomiędzy rurą czynnika roboczego RW a otaczającą ją rurą zewnętrzną RZ wypełniona jest medium pośredniczącym w wymianie ciepła w postaci oleju. We wnętrzu przeźroczystej osłony rurowej RS panuje próżnia. Korzystnie profilowany absorber AB zbudowany z dwóch symetrycznych do siebie profilowanych pasów blachy. Korzystnie co najmniej dwa kolektory łączy się szeregowo lub równolegle przewodami, przez które przepływa czynnik roboczy. W przypadku przewagi natężenia promieniowania bezpośredniego PB, kolektor ustawia się powierzchnią zwierciadlaną WZ absorbera AB w kierunku padania promieni słonecznych. Natomiast, gdy promieniowanie docierające do powierzchni ziemi ma charakter głównie d yfuzyjny, kolektor obraca się częścią wypukłą absorbera AB, pokrytą warstwą absorbującą WA, w kierunku promieniowania dyfuzyjnego PD.

Wykaz oznaczeń:

AB - absorber

RW - rura czynnika roboczego

RZ - rura zewnętrzna

RS - przeźroczysta osłona rurowa

DN - dennica

WA - warstwa absorbująca

WZ - warstwa zwierciadlana

KS - kształtownik

PB - kierunek promieniowania słonecznego bezpośredniego

PD - kierunek promieniowania słonecznego dyfuzyjnego

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kolektor słoneczny zbudowany z co najmniej jednej zamkniętej obustronnie dennicami przeźroczystej osłony rurowej w której umiejscowiony jest wzdłużny, paraboliczny reflektor w którego liniowym ognisku usytuowana jest rura czynnika roboczego przy czym wzdłużny, paraboliczny reflektor ma postać utworzonego z blachy profilowanego absorbera, który w części środkowej swojego profilu w ygięty jest w rurową obejmę powierzchnią wewnętrzną otaczającą rurę czynnika roboczego zaś na zewnątrz pokrytą warstwą absorbującą, następnie z wygiętej obejmy rurowej profil przechodzi w część łączącą i dalej na swych końcowych odcinkach przechodzi w znajdujący się po obu stronach rurowej osłony wzdłużny element paraboliczny, którego powierzchnia wklęsła pokryta jest warstwą zwierciadlaną a powierzchnia wypukła warstwą absorbującą, znamienny tym, że rura czynnika roboczego (RW) umiejscowiona jest współosiowo w otaczającej ją rurze zewnętrznej (RZ) na której osadzona jest rurowa obejma profilowanego absorbera (AB) przy czym rurowa obejma do rury zewnętrznej (RZ) dociskana jest kształtownikami (KS) obejmującymi rurową obejmę, z których każdy ma paraboliczną krawędź usztywniającą paraboliczną krzywiznę przylegle zamocowanego do niego parabolicznego elementu profilowanego absorbera (AB), ponadto rura czynnika roboczego (RW) i rura zewnętrzna (RZ) obrotowo względem siebie zamocowane są w zamykających przeźroczystą osłonę rurową dennicach (DN) a przestrzeń pomiędzy rurą czynnika roboczego (RW) a otaczającą ją rurą zewnętrzną (RZ) wypełniona jest medium pośredniczącym w wymianie ciepła.
2. 2. Kolektor według zastrz. 1, znamienny tym, że profilowany absorber (AB) jest zbudowany z dwóch, symetrycznych do siebie, profilowanych pasów blachy.