PL237962B1 - Urządzenie grzewcze solarne - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie grzewcze solarne, znajdujące zastosowanie do ogrzewania energią słoneczną spożywanych potraw i płynów.

Powszechnie znany jest stół, definiowany jako mebel z poziomą powierzchnią podtrzymywaną przez podstawę. Zazwyczaj stół składa się z płyty roboczej nazywanej również blatem oraz z konstrukcji podtrzymującej płytę roboczą w pożądanej, ergonomicznej odległości od podłoża. Często mebel ten podlega modyfikacjom dostosowującym do określonego przeznaczenia. Powszechnie znane są przykłady konstrukcji stołów obrotowych i uchylnych o różnym przeznaczeniu. Znane jest też zastosowanie przejrzystej (np. szklanej) płyty roboczej w stołach.

Podejmowano próby wykorzystania energii słonecznej do ogrzewania wody przepływającej przez płytę stołu. Próby dotyczyły również wykorzystywania płyty stołu jako kolektora promieniowania słonecznego zamienianego na prąd elektryczny.

Opis FR 1 278 188 przedstawia urządzenie do ogrzewania wody, które ma postać stołu. Płyta stołu jest obracalna i uchylna, wyposażona jest w środki do nastawiania orientacji i nachylenia. Płyta stołu ma występy formujące szereg kanałów, w których przepływa woda. Kanały przykryte są przezroczystą pokrywą. Woda ogrzewana jest promieniami słonecznymi.

Z opisu FR 2 441 810 znany jest stół, który może być również składany, zawierający generator energii. Generator w szczególności stanowi kolektor słoneczny, ogrzewający powietrze, wodę lub współpracujący z ogniwem fotowoltaicznym. Płyta stołu składa się z obudowy pokrytej od wewnątrz warstwą izolacyjną, w której usytuowany jest absorber energii słonecznej, zamknięty przezroczystą pokrywą.

Jednocześnie znane są zwierciadlane koncentratory energii słonecznej i promieniowania. Pierwowzorem takich koncentratorów w postaci reflektora o wewnętrznej powierzchni zwierciadlanej, skupiającego promieniowanie w ognisku wewnątrz reflektora, jest XIX-wieczne rozwiązanie Augustyna Mouchota przedstawione przykładowo w publikacji internetowej:

https://www.eoogle.pl/search ?q=mouchot+solar+concentrator&tbm=isch&tbo=u&source =univ&sa=X&ved=0ahUKEwi708r95cHJAhVEaHIKHaX6AacQsAQIQg&biw=1366&bih=635 W rozwiązaniu tym reflektor koncentrujący promieniowanie słoneczne skupia je na walcowym zamkniętym naczyniu z wodą.

Z opisu US 4 011 858 znany jest koncentrator o nieruchomym, rurowym absorberze i poruszającym się wokół absorbera, odpowiednio do kierunku słońca, reflektorze. Reflektorem jest powierzchnia boczna otwartego stożka albo walca o podstawach parabolicznych.

Zwierciadlane płaszczyzny boczne stożków obrotowych wykorzystuje w optycznym koncentratorze promieniowania rozwiązanie według opisu PL 186 117. Koncentrator według tego rozwiązania ma zwierciadło wypukłe o kształcie zewnętrznej powierzchni stożkowej i zwierciadło wklęsłe o kształcie wewnętrznej powierzchni stożkowej.

Celem wynalazku jest połączenie w jednym urządzeniu konstrukcji i funkcji stołu do spożywania posiłków oraz konstrukcji i funkcji koncentratora energii słonecznej.

Rozwiązanie według wynalazku obejmuje reflektor skupiający promienie słoneczne na absorberze stanowiącym akumulator lub wymiennik ciepła, oraz mechanizm pozycjonujący koncentrator kątowo względem kierunku promieniowania słonecznego.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że urządzenie grzewcze solarne ma postać stołu z przejrzystą płytą, stanowiącą powierzchnię użytkową stołu, a pod płytą umieszczony jest reflektor i absorber, przy czym reflektor i absorber stanowią dwa współosiowe obrotowe stożki o wspólnym wierzchołku, z których zewnętrzny jest reflektorem a wewnętrzny absorberem.

Optyczne ognisko reflektora, dla każdego jego przekroju poprzecznego, w którym skupiane są promienie słoneczne, usytuowane jest na prostej będącej wspólną osią stożków.

Absorber może być wypełniony materiałem akumulującym ciepło.

Płyta poprzez pierścień osadzona jest obrotowo wokół poziomej osi obrotu w nodze stołu, noga osadzona jest obrotowo wokół pionowej osi obrotu w tulei, zaś tuleja jest sztywno zespolona z nieruchomą podstawą. Podstawa może być zaopatrzona w obrotowe kółka.

Urządzenie jest zaopatrzone w pręt cieniujący - gnomon, usytuowany na płycie stołu i podziałkę wskazującą tolerowane przez urządzenie maksymalne odchylenie kątowe powierzchni płyty od kierunku promieniowania słonecznego.

PL 237 962 B1

Urządzenie będące przedmiotem wynalazku może być używane zamiennie jako stół do spożywania posiłków albo jako urządzenie do ogrzewania płynów (np. do dezynfekcji wody pitnej, lub uzyskania ciepłej wody użytkowej lub wrzątku, ewentualnie jako kocioł do destylacji w połączeniu ze skraplaczem pary), z wykorzystaniem energii Słońca. Ogrzewanie następuje siłami natury, bez emisji dwutlenku węgla do atmosfery.

Urządzenie będące przedmiotem wynalazku cechuje prostota rozwiązania technicznego i dlatego może ono znaleźć zastosowanie w przemysłowej produkcji mebli ogrodowych i obiektów małej architektury.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym poszczególne figury przedstawiają urządzenie grzewcze solarne w różnych odmianach i ujęciach:

fig. 1 - stół z reflektorem promieniowania i absorberem w postaci dwóch współosiowych obrotowych stożków o wspólnym wierzchołku, w widoku aksonometrycznym, fig. 2 - stół w odmianie z inną blokadą pochylenia, fig. 3 - stół w odmianie z podstawą wyposażoną w kółka, fig. 4 do fig. 7 - stół według fig. 1 w rzucie poziomym, przekroju i rzutach pionowych, fig. 8 do fig. 11 - odmianę stołu z reflektorem mającym zwierciadło wypukłe o kształcie zewnętrznej powierzchni stożkowej i zwierciadło wklęsłe o kształcie wewnętrznej powierzchni stożkowej, w rzucie poziomym, przekroju i rzutach pionowych.

Rozwiązanie urządzenia grzewczego solarnego według wynalazku w podstawowej postaci stołu przedstawione jest na fig. 1 do fig. 7. W tym wykonaniu stanowią go dwa współosiowe, obrotowe stożki o wspólnym wierzchołku, z których zewnętrzny jest reflektorem a wewnętrzny absorberem - naczyniem.

Wewnętrzna powierzchnia boczna zewnętrznego stożka o większej podstawie jest zwierciadlana i stanowi reflektor skupiający promieniowanie słoneczne na powierzchni bocznej wewnętrznego stożka o mniejszej podstawie. Stożek o mniejszej podstawie na swojej powierzchni bocznej absorbuje skoncentrowane promieniowanie.

Okrągłą powierzchnię roboczą stołu tworzy przejrzysta płyta 1 i połączony z nią pierścień 2. Przejrzysta płyta 1 i pierścień 2 są przymocowane do widlastej nogi 3 stołu w sposób umożliwiający im ruch obrotowy dookoła poziomej osi obrotu H, przykładowo w łożyskach 4. Widlasta noga 3 stołu jest osadzona w łożyskowanej tulei 5 w sposób umożliwiający jej ruch obrotowy dookoła pionowej osi obrotu V. Tuleja 5 jest sztywno zespolona z nieruchomą podstawą stołu 6. Do pierścienia 2 jest przymocowany reflektor 7 wygięty w kształt powierzchni bocznej stożka. Wewnętrzna powierzchnia 8 reflektora 7 wykazuje wysoką refleksyjność. Wierzchołek stożka reflektora 7 i pierścień 2 są sztywno połączone półkolistym łukiem 9. Ruch obrotowy elementów stołu dookoła poziomej osi H jest blokowany śrubą 10. Ruch obrotowy elementów stołu dookoła osi pionowej V jest blokowany śrubą 11.

Do reflektora 7, w wierzchołku jego stożka, zamocowany jest wierzchołek stożka absorbera 12, który jest naczyniem do ogrzewania płynu. Powierzchnię boczną stożka absorbera 12 cechuje wysoki współczynnik pochłaniania promieniowania oraz niski współczynnik jego emisji (jest to powierzchnia selektywna). Stożek absorbera 12 jest ponadto zamocowany podstawą do przejrzystej płyty 1. Stożek absorbera 12 jako naczynie jest napełniany i odpowietrzany rurką 13 zaś opróżniany jest rurką z zaworem 14.

Optyczne ognisko reflektora 7, dla każdego jego przekroju poprzecznego, w którym skupiane są promienie słoneczne, usytuowane jest na prostej będącej wspólną osią stożków - stożka reflektora 7 i stożka absorbera 12.

Na płycie 1 stołu jest umocowany cieniujący pręt 15 (gnomon) z podziałką 16 w postaci okręgu, wskazującą tolerowane przez urządzenie maksymalne odchylenie kątowe padania promieni słonecznych od kąta optymalnego, tzn. prostopadłego do blatu 1. Kierunki odbicia i padania promieni słonecznych w urządzeniu oznaczone są jako A.

W czasie pracy lub spożywania posiłków powierzchnia robocza stołu jest pozioma, możliwość jej ruchów jest zablokowana śrubami 10 i 11. Aby uzyskać wrzątek należy wykonać następujące czynności - zdjąć przedmioty z płyty 1, odblokować możliwość jej ruchu śrubami 10 i 11, obrócić płytę 1 w osi poziomej H tak aby rurka 13 uniosła się do góry i nalać przez nią wodę do naczynia absorbera 12, obracając płytę 1 w osiach poziomej H i pionowej V uzyskać ustawienie końca cienia pręta 15 wewnątrz okręgu podziałki 16 wskazującym maksymalne odchylenie kątowe tolerowane przez urządzenie. Należy utrzymać takie ustawienie płyty 1 do czasu zagotowania wody. Aby uzyskać wrzątek w najkrótszym czasie należy zastosować takie ustawienie płyty 1 aby pręt 15 nie rzucał cienia. Jeżeli to będzie po

PL 237 962 B1 trzebne to można okresowo blokować możliwość ruchu śrubami 10 i 11. Kiedy woda się zagotuje, wrzątek można czerpać z zaworu 14 na rurce. Aby z powrotem dostosować stół do spożywania posiłków lub do pracy - należy ustawić płytę 1 w pozycji poziomej i zablokować śrubami 10, 11.

W odmianie jak na rysunku fig. 2 - napełnianie, odpowietrzanie i opróżnianie naczynia odbywa się rurką 17, która służy również jako pręt cieniujący (gnomon), i jest nakryta gwizdkiem 18. Obrót płyty 1 wokół osi H jest natomiast blokowany zasuwą 19. Blokadę płyty 1 w potrzebnej pozycji pochyłej można uzyskać podparciem wierzchołka stożka reflektora 7 perforowanym prętem 20 poprzez wprowadzenie zasuwy 19 w otwór opartego o podłoże tegoż pręta 20. Pręt 20 nie jest trwale zespolony ze stołem.

W odmianie jak na rysunku fig. 3 obrót stołu wokół osi V umożliwiają kółka 21 osadzone w podstawie 6.

W odmianie jak na fig. 4, 5, 6 i 7 absorber 12 jest wypełniony materiałem 22 akumulującym ciepło, takim jak olej lub beton, i nakrywany termoizolacyjnym przykryciem 23 z prętem cieniującym 15 (gnomonem), mocowanym magnetycznie do grzejnej płyty 24. Ogrzewanie potraw i płynów odbywa się w dowolnym naczyniu na ustawionej poziomo grzejnej płycie 24, po uprzednim ogrzaniu absorbera 12 energią słoneczną i po zdjęciu przykrycia 23 termoizolacyjnego z płyty 24.

W odmianie jak na fig. 8, 9, 10 i 11 koncentrator ma zwierciadło wypukłe 7a o kształcie zewnętrznej powierzchni stożkowej i zwierciadło wklęsłe 7b o kształcie wewnętrznej powierzchni stożkowej. Absorberem jest grzejna płyta 24 z mocowanym do niej magnetycznie naczyniem 25 (czajnikiem). Naczynie 25 w swoim uchwycie posiada otwór 26, który daje plamę słoneczną, tak jak gnomon cień, i pozwala właściwie zorientować urządzenie. Nachylenie i obrót płyty 1 w kierunku Słońca umożliwia kulowa głowica 27 blokowana śrubą.

Claims (5)

1. Urządzenie grzewcze solarne, obejmujące reflektor skupiający promienie słoneczne na absorberze stanowiącym akumulator lub wymiennik ciepła oraz mechanizm pozycjonujący reflektor kątowo względem kierunku promieniowania słonecznego, znamienne tym, że ma postać stołu z przejrzystą płytą (1), stanowiącą powierzchnię użytkową stołu, a pod płytą (1) umieszczony jest reflektor (7) i absorber (12), przy czym reflektor (7) i absorber (12) stanowią dwa współosiowe obrotowe stożki o wspólnym wierzchołku, z których zewnętrzny jest reflektorem (7) a wewnętrzny absorberem (12), zaś optyczne ognisko reflektora (7), dla każdego jego przekroju poprzecznego, w którym skupiane są promienie słoneczne, usytuowane jest na prostej będącej wspólną osią stożków.

2. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że absorber (12) wypełniony jest materiałem (22) akumulującym ciepło.

3. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że płyta (1) poprzez pierścień (2) osadzona jest obrotowo wokół poziomej osi obrotu (H) w nodze (3) stołu, noga (3) osadzona jest obrotowo wokół pionowej osi obrotu (V) w tulei (5), zaś tuleja (5) jest sztywno zespolona z nieruchomą podstawą (6).

4. Urządzenie według zastrzeżenia 3, znamienne tym, że podstawa (6) zaopatrzona jest w obrotowe kółka (21).

5. Urządzenie według zastrzeżenia 1, znamienne tym, że na płycie (1) stołu usytuowany jest pręt cieniujący - gnomon (15) i podziałka (16) wskazująca tolerowane przez urządzenie maksymalne odchylenie kątowe powierzchni płyty (1) od kierunku promieniowania słonecznego.