RS60046B1 - Solarni kolektor - Google Patents

Description

Opis

[0001] Predmetni pronalazak se odnosi na solarni kolektor za privremeno skladištenje toplote poreklom od solarnog zračenja prema preambuli u patentnom zahtevu 1.

[0002] Takav solarni kolektor je poznat iz međunarodne patentne prijave WO 2009/002168 istog podnosioca. Ovaj poznati solarni kolektor sadrži toplotno-provodljivo jezgro koje može da se zagreje od solarnog zračenja i sposobno je da zadrži tu toplotu tokom izvesnog vremenskog perioda. Za razliku od konvencionalnih solarnih kolektora koji zagrevaju tečnost pomoću sočiva da bi direktno iskoristili energiju, ovaj poznati solarni kolektor omogućava generisanje upotrebljive energije čak i u periodima u kojima je količina primljenog solarnog zračenja relativno mala, kao što je tokom noći. Toplotno-provodljivo jezgro može, u stvari, da skladišti relativno veliku količinu toplote i tako se koristi kao energetski pufer tokom takvih perioda slabog solarnog zračenja.

[0003] Iako poznati solarni kolektor već može efikasno da se koristi za kontinuirano generisanje energije tokom dužih vremenskih perioda, jasno je da je moguće napraviti poboljšanje, drugim rečima, povećanje učinka, posebno suprotstavljanjem gubitku energije.

[0004] Svrha ovog pronalaska je, prema tome, stvaranje dodatno poboljšanog solarnog kolektora gore pomenutog tipa.

[0005] Da bi se postigao predviđeni cilj, solarni kolektor definisan je karakteristikama prema patentnom zahtevu 1. Jezgro je opremljeno izolovanim kućištem koje praktično u potpunosti obuhvata jezgro, a izolovano kućište sadrži sloj poroznog keramičkog materijala. Pronalazak se zasniva na shvatanju da uprkos inherentnom problemu izolacije, jezgro sa što većim toplotnim kapacitetom dovodi do najboljih rezultata. Zbog visokih temperatura koje se mogu postići jezgrom visokog toplotnog kapaciteta, od velike je važnosti da je upotrebljena izolacija otporna na takve temperature. Sloj poroznog keramičkog materijala je posebno pogodan za izolaciju da bi obezbedio da nema nikakvog, ili skoro nikakvog, gubitka toplote, čak ni na najvišim temperaturama. Da bi se što više sprečilo gubljenje toplote, obezbeđen je sloj u izolovanom kućištu koje ionako praktično u potpunosti pokriva jezgro. Iako tako izolovano kućište sa keramičkim materijalom nije naročito lagano, očigledno je da je, naročito imajući u vidu razmere relativno velikih solarnih kolektora, manje nepodesno od očekivanog. Gubitak energije kao rezultat upravljanja solarnog kolektora povećane težine ne utiče negativno na učinak zbog dobre izolacije jezgra visokog toplotnog kapaciteta.

[0006] S obzirom da svaki razmak ili slaba tačka izolacionog sloja povećava rizik od gubitka toplote, solarni kolektor u skladu sa pronalaskom u posebno poželjnom primeru izvođenja odlikuje se slojem keramičkog materijala koji je gotovo neprimetan. Na ovaj način, sloj keramičkog materijala može da se oblikuje oko jezgra u skladu sa sledećim posebno poželjnim primerom izvođenja solarnog kolektora prema predmetnom pronalasku. Takvo oblikovanje sloja keramičkog materijala dovodi do praktično neprekidnog integralnog tela bez šavova, koje ima gotovo ravnomernu izolacionu vrednost po celoj površini. Ovo sprečava pojavu slabih tačaka izolacije koliko je to moguće.

[0007] Da bi dobro primio toplotno zračenje, sloj keramičkog materijala je porozan. Na primer, to može da se postigne upotrebom poroznog materijala ili, na primer, dodavanjem dopunske supstance keramičkom materijalu koja se uklanja sagorevanjem iz sloja pri zagrevanju, tako da iza sebe ostavlja željenu mrežu pora u sloju.

[0008] U sledećem poželjnom primeru izvođenja, solarni kolektor u skladu sa pronalaskom odlikuje se time što sloj keramičkog materijala sadrži zidarski proizvod otporan na plamen. Takav zidarski proizvod, kao što su vatrostalni materijali, koji treba naneti jednostavno u željenom obliku u sloju oko jezgra, otporan je na veoma visoke temperature i ima izvanredne izolacione vrednosti.

[0009] U određenom primeru izvođenja, solarni kolektor prema pronalasku karakteriše se time što je oko jedne od strana izolovanog kućišta koja je udaljena od jezgra opremljeno najmanje jednim reflektivnim telom sa stranom koja reflektuje zračenje usmerenom prema jezgru. Reflektivno telo će reflektovati samo infracrveno zračenje koje prolazi kroz izolovano kućište nazad do jezgra, što rezultuje dodatnim poboljšanjem izolacione vrednosti celine.

[0010] Sledeći poželjni primer izvođenja solarnog kolektora prema pronalasku karakteriše se time što su jezgro i izolovano kućište smešteni u kućištu koje je zatvoreno na način praktično nepropustan za vazduh i na taj način obezbeđuje se stvaranje virtuelnog vakuuma unutar kućišta oko jezgra i izolovanog kućišta. Stvaranjem vakuuma u solarnom kolektoru u svim prostorima između delova, moguće oslobađanje toplote kondukcijskim ili konvekcijskim prenosom toplote ograničeno je koliko je moguće. Na taj način, toplotni gubitak je praktično moguć isključivo zračenjem, što se, međutim, zahvaljujući gore opisanim merama prema pronalasku, sprečava u najvećoj mogućoj meri.

[0011] U sledećem poželjnom primeru izvođenja, solarni kolektor prema predmetnom pronalasku karakteriše se time što jezgro sadrži provodljivi materijal otporan na toplotu sa relativno visokim toplotnim kapacitetom. Sledeći konkretni primer izvođenja solarnog kolektora prema predmetnom pronalasku odlikuje se time što jezgro sadrži čvrsti čelični blok. Čelik ima toplotni kapacitet pogodan za upotrebu u solarnom kolektoru, i ima visoku tačku topljenja tako da može da se koristi kao čvrsti blok uprkos visokoj temperaturi koja se akumulira u jezgru. Upotrebom takvog čeličnog jezgra, moguće je zagrejati jezgro do temperature od 1500 stepeni Celzijusa. Na taj način, saglasno sledećem konkretnom primeru izvođenja, solarni kolektor prema predmetnom pronalasku karakteriše se time, da jezgro skladišti temperaturu do maksimalno 1200 stepeni Celzijusa. Takva temperatura jezgra obezbeđuje dovoljno dugotrajan energetski pufer da premosti periode sa manje ili bez solarnog zračenja, dok su sve komponente solarnog kolektora, kao što je provodnik zračenja, izgleda otporne na ovu temperaturu.

[0012] Sledeći konkretni primer izvođenja solarnog kolektora prema predmetnom pronalasku odlikuje se time što jezgro sadrži tečnu masu aluminijuma. Aluminijum ima odličan toplotni kapacitet, relativno je lagan i takođe veoma provodljiv, tako da toplota može da se izvuče iz njega veoma brzo da bi se od nje dobila energija. Zbog relativno niske tačke topljenja aluminijuma, tečna masa aluminijuma neophodna je za postizanje efikasnih temperatura u jezgru.

[0013] Prema pronalasku, provodnik svetlosti delimično sadrži kvarcno vlakno. Takvo kvarcno vlakno je posebno pogodno za provođenje solarnog zračenja duž vlakna bez ikakvog značajnog gubitka svetlosti. Konkretno, kvarcno vlakno dobro podnosi visoke temperature postignute u jezgru solarnog kolektora, do 1200 stepeni Celzijusa. Prema tome, kvarcno vlakno je pogodno za upotrebu u blizini jezgra solarnog kolektora.

[0014] Iako je moguće proizvesti provodnik zračenja u potpunosti od kvarcnog vlakna, upotreba staklenog vlakna takođe ima prednosti. Stakleno vlakno je očigledno jeftinije u poređenju sa kvarcnim vlaknom i, osim toga, ono je mnogo fleksibilnije. Kao rezultat toga, stakleno vlakno je pogodnije za upotrebu u provodniku zračenja sa zavojima i krivinama. Međutim, više temperature, kao što su one koje mogu da se jave u jezgru solarnog kolektora, utiču na stakleno vlakno tako da provodljivost zračenja više nije optimalna. Iz tog razloga, prema pronalasku, kvarcno vlakno sadrži drugi kraj provodnika zračenja i pruža se izvan izolovanog kućišta. Osim toga, provodnik zračenja sadrži stakleno vlakno. Stakleno vlakno je vezano za kvarcno vlakno i sadrži prvi kraj provodnika zračenja. Samo deo provodnika zračenja koji mora da izdrži najviše temperature, konkretno deo između jezgra i izolovanog kućišta, proizveden je od kvarcnog vlakna otpornog na toplotu, dok je drugi deo provodnika zračenja od izolovanog kućišta do blizu fokusa izolovanog sočiva napravljen od fleksibilnijeg staklenog vlakna.

[0015] Sledeći posebno poželjni primer izvođenja solarnog kolektora prema pronalasku karakteriše se time što je provodnik zračenja pričvršćen drugim krajem za spoljnu stranu jezgra na mestu udubljenja u jezgru i uz uključivanje prostora u udubljenju, da bi se omogućilo solarnom zračenju iz provodnika zračenja koje se pretvara u energiju da dođe u kontakt sa površinom jezgra. Postojanje udubljenja u jezgru povećava površinu jezgra u udubljenju, zahvaljujući čemu solarno zračenje, koje emituje provodnik zračenja, predaje energiju zračenja u vidu toplote jezgru. U sledećem poželjnom primeru izvođenja, solarni kolektor prema predmetnom pronalasku odlikuje se time što se u udubljenje jezgra nanosi antirefleksivni premaz. Antirefleksivni premaz apsorbuje solarno zračenje koje se emituje iz provodnika zračenja i to emituje jezgru kao toplotu. Na taj način sprečava se refleksija sunčevog zračenja natrag u provodnik zračenja, što bi značilo gubitak energije.

[0016] Pronalazak će sada biti objašnjen detaljnije uz upotrebu ilustrativnog primera i povezanog nacrta. Na nacrtu:

Slika 1 predstavlja bočni prikaz poprečnog preseka ilustrativnog primera solarnog kolektora prema pronalasku;

Slika 2 predstavlja perspektivni prikaz jezgra u kućištu ilustrativnog primera solarnog kolektora prema pronalasku prikazanog na slici 1;

Slika 3 predstavlja detaljan prikaz poprečnog preseka jezgra u kućištu u skladu sa regionom B kao što je prikazano na slici 1.

[0017] Usput govoreći, slike su samo šematske i nisu nacrtane u razmeri. Zapravo, neke dimenzije su prikazane uvećano sa ciljem da budu jasnije.

[0018] Odgovarajući delovi označeni su istim referentnim brojem na slikama tamo gde je to moguće.

[0019] Solarni kolektor 1 prikazan na slici 1 za privremeno skladištenje toplote poreklom od solarnog zračenja sadrži toplotno-provodljivo jezgro 2 u cilindričnom metalnom kućištu 3, kao što je bolje prikazano na slici 2. Jezgro 2 na ovom ilustrativnom primeru je čvrsti blok od čelika koji, prema predmetnom pronalasku, može da se zagreje do 1200 stepeni Celzijusa. Da bi se ova toplota zadržala tokom dužeg vremenskog perioda, oko jezgra 2 obezbeđeno je izolovano kućište 4 koje potpuno obuhvata jezgro. Izolovano kućište 4 sadrži sloj keramičkog materijala sa visokom izolacionom vrednošću. Na rastojanju od izolovanog kućišta 4 obezbeđeno je prvo reflektivno telo 5 koje ima jednu stranu koja reflektuje zračenje prema jezgru, da bi reflektovalo zračenje koje izlazi iz izolovanog kućišta natrag na jezgro. Na rastojanju od prvog reflektivnog tela 5 obezbeđeno je drugo reflektivno telo 6 za dodatnu refleksiju zračenja natrag na jezgro. Kućište osim toga sadrži sredstva (nije prikazano) koja omogućavaju stvaranje vakuuma u kućištu, tako da u prostorima između reflektivnih tela 5, 6 i izolovanog kućišta 4 praktično prevladava potpuni vakuum. Ovo praktično isključuje gubitak toplote putem konvekcije ili kondukcije.

[0020] Kada se solarni kolektor koristi, spoljna strana kućišta ostaje na temperaturi koja praktično odgovara temperaturi okoline pri temperaturi jezgra od 1200 stepeni Celzijusa. Dakle postoji neznatan gubitak toplote u okolinu. Solarni kolektor prema predmetnom pronalasku, tako obezbeđuje naročito dobar učinak, i može ne samo da obezbeđuje energiju tokom sunčanih časova, već i da stvara energetski pufer iz koga, tokom perioda manjeg solarnog zračenja, može neprekidno da se izvlači energija.

[0021] Za zagrevanje jezgra 2, ispred kućišta 3 smešten je ekran 7 u kome su obezbeđena sočiva za koncentrisanje solarnog zračenja. Sočiva sadrže sistem sočiva postavljenih na jednakoj udaljenosti i usmerenih prema suncu, gde se u svakom slučaju solarno zračenje koje pada na sočiva koncentriše u njihov fokus. Međutim, u fokusu, iza svakog sočiva postavljen je prvi kraj provodnika zračenja u obliku staklenog vlakna, tako da se koncentrisano solarno zračenje sakuplja u vlaknu. Kroz staklena vlakna svakog sočiva, solarno zračenje sprovodi se prema kućištu 3. Za maksimalno sakupljanje solarnog zračenja, obezbeđena su sredstva za praćenje kako bi tokom dana moglo da se prati kretanje sunca. U ovu svrhu, kućište 3 je smešteno na prvom rotirajućem okviru 20 koji u potpunosti može da se okreće unutar horizontalne osnove 21 koja podupire solarni kolektor, dok je ekran sa sočivima pričvršćen za drugi rotirajući okvir 30 koji rotira na rastojanju oko kućišta 3. Neprekidno podešavanje sočiva iz jednog u drugi položaj ostvaruje se automatskim pokretanjem rotirajućih okvira kao odgovor na signal praćenja. Stručnjaku u datoj oblasti biće očigledno da sredstva za praćenje, na primer, mogu da sadrže senzor koji kontinuirano beleži položaj sunca i prenosi ga sredstvu za praćenje kao što je procesor, na primer, pri čemu sredstvo za praćenje zatim šalje izlazni signal na odgovarajuće sredstvo za pokretanje koje obavlja neophodno podešavanje jednog od okvira 20, 30.

[0022] Kao što je detaljnije prikazano na slici 3, kraj staklenog vlakna 8 pričvršćen je pomoću sredstva 10 za pričvršćivanje za spoljnu stranu kućišta 3. Kraj staklenog vlakna prema tome čvrsto prijanja na kraj kvarcnog vlakna 9, tako da se solarno zračenje iz staklenog vlakna prenosi na kvarcno vlakno bez gubitka zračenja. Kvarcno vlakno 9 je pričvršćeno pomoću sledećeg sredstva 11 za pričvršćivanje na unutrašnju stranu kućišta 3. Fleksibilna podesiva sredstva u obliku O-prstenova obezbeđena su u otvoru za prolaz na kućištu kroz koji se pruža provodnik zračenja, kako bi celina bila zaptivena. Kvarcno vlakno 9 je vođeno sa unutrašnje strane kućišta 3, pa sve do jezgra 2, gde kvarcno vlakno 9 formira drugi kraj provodnika zračenja. Drugi kraj provodnika zračenja pričvršćen je pomoću sredstava 12 za fiksiranje na jezgro 2 na mestu udubljenja u jezgru 2. Čestice zračenja koje se oslobađaju iz provodnika zračenja tako dolaze u prostor u udubljenju, tako da zračenje može da dospe do veće površine jezgra, i gubitak zračenja refleksijom na provodnik zračenja je sveden na najmanju meru.

[0023] Iako je pronalazak dodatno objašnjen samo pomoću jednog ilustrativnog primera, jasno je da pronalazak nije ni na koji način ograničen na njega. Sasvim suprotno, za stručnjaka sa prosečnim znanjem u ovoj oblasti moguće su mnoge varijacije i primeri izvođenja u okviru obima pronalaska.

Claims (10)

Patentni zahtevi

1. Solarni kolektor (1) za privremeno skladištenje toplote poreklom od solarnog zračenja koji sadrži provodnik zračenja za provođenje solarnog zračenja, optičko sočivo za koncentrisanje solarnog zračenja na prvi kraj provodnika zračenja, i sadrži toplotno-provodljivo jezgro (2) na suprotnom drugom kraju provodnika zračenja, gde se jezgro (2) zagreva solarnim zračenjem koje se emituje iz provodnika zračenja i može privremeno da skladišti toplotu, pri čemu se jezgro (2) nalazi u izolovanom kućištu (4) koje praktično potpuno obuhvata jezgro (2), naznačen time što izolovano kućište (4) sadrži sloj poroznog keramičkog materijala, pri čemu provodnik zračenja sadrži delom kvarcno vlakno (9), gde kvarcno vlakno (9) sadrži drugi kraj provodnika zračenja i proteže se izvan izolovanog kućišta (4), i pri čemu provodnik zračenja dodatno sadrži stakleno vlakno, gde je stakleno vlakno (8) povezano sa kvarcnim vlaknom ( 9) i sadrži prvi kraj provodnika zračenja.

2. Solarni kolektor u skladu sa patentnim zahtevom 1, naznačen time što sloj keramičkog materijala sadrži zidarski sloj otporan na plamen.

3. Solarni kolektor u skladu sa bilo kojim od patentnih zahteva 1 do 2, naznačen time što je sloj keramičkog materijala gotovo neprimetan, naročito oblikovan oko jezgra (2).

4. Solarni kolektor u skladu sa bilo kojim ili više prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što je oko izolovanog kućišta (4) sa strane udaljene od jezgra (2), obezbeđeno najmanje jedno reflektivno telo (5) sa reflektujućom stranom koja je okrenuta prema jezgru (2).

5. Solarni kolektor u skladu sa bilo kojim ili više prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što su jezgro (2) i izolovano kućište (4) smešteni u kućištu (3), koje je zatvoreno gotovo nepropusno za vazduh i obezbeđena su sredstva za praktično stvaranje vakuuma unutar kućišta (3) oko jezgra (2) i izolovanog kućišta (4).

6. Solarni kolektor u skladu sa jednim ili više prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što jezgro (2) sadrži provodljivi materijal otporan na toplotu, posebno metal.

7. Solarni kolektor u skladu sa patentnim zahtevom 6, naznačen time što jezgro (2) sadrži čvrsti čelični blok.

8. Solarni kolektor u skladu sa patentnim zahtevom 6, naznačen time što jezgro (2) sadrži tečnu masu aluminijuma.

9. Solarni kolektor u skladu sa bilo kojim ili više prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što jezgro (2) skladišti temperaturu do maksimalno 1200 stepeni Celzijusa.

10. Solarni kolektor u skladu sa bilo kojim ili više prethodnih patentnih zahteva, naznačen time što je provodnik zračenja pričvršćen drugim krajem na spoljnu stranu jezgra (2) na mestu udubljenja u jezgru (2) i uz uključivanje prostora u udubljenju, da bi se omogućilo solarnom zračenju iz provodnika zračenja koje se pretvara u energiju da dođe u kontakt sa površinom jezgra (2).