FI87017C - Uppsamlingsanordning foer solenergi - Google Patents

Description

1 87017

Aurinkoenergian keräyslaite

Keksinnön kohteena on aurinkoenergian keräyslaite, johon 5 kuuluu pitkänomainen, poikkileikkaukseltaan kaareva, sisäpinnaltaan heijastava heijastinelementti, joka on asennettu kallistettuun asentoon heijastava sisäpinta aurinkoon päin, heijastinelementin viivamaiseen polttopistekohtaan sijoitettu, olennaisesti heijastinelementin koko pituudelta ulottu-10 va, heijastunutta aurinkosäteilyä vastaanottava vastaanot-toelementti, joka on liitetty nestettä sisältävään kierto-järjestelmään ja joka toimii mainitun nesteen lämmittämiseksi .

15 Tunnetuissa tämäntapaisissa keräyslaitteissa eli aurinko- paneleissa nesteen kierto tapahtuu jatkuvasti ja tasaisesti nesteen lämmetessä vastaanottoelementissä. Yleensä lämpötila jää kuitenkin niin pieneksi, että keräyslaitteen tehollinen käyttö yhdessä suolaliuos ja faasimuutoslämmönvaihtimen 20 kanssa on vailla hyötyä, jollei käytetä apuna lämpöpumppua tai lisäenergialähteitä, kuten öljy- tai sähköenergiaa.

Tämä sen vuoksi, että varaajaan syötetyn veden pitäisi täyttää vähimmäislämpötilavaatimus 95°C.

25 Tunnettujen aurinkoenergian keräyslaitteiden putkielementit ovat myöskin monimutkaisia ja kalliita sekä yleensä huoltoa vaativia ohuiden putkitiehyeiden sekä heikon kierron vuoksi.

Yleensä voidaan todeta, että ei ole kiinnitetty huomiota 30 tällaisten keräyslaitteiden tai panelien ensisijaiseen epäkohtaan eli huonoon lämpökiihtyvyyteen. Jos esimerkiksi sekapilvisenä päivänä aurinko tulee esiin pilvien takaa, niin seuraavan 10 minuutin aikana taataan kierto niukasti ja alilämpöisenä, joten keräyslaitteen tuotto jää epätyydyt-35 täväksi.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on nyt eliminoida nämä haitat sekä aikaansaada keräyslaite, jossa saavutetaan 2 87017 riittävä lämpökiihtyvyys ja riittävä kierrätysnesteen lämpötila myöskin kohtalaisen epäedullisissa auringonsäteilyolo-suhteissa ja jolla myöskin päästään melko edulliseen ja huoltovapaaseen rakenteeseen.

5

Keksinnön perusidea on siinä, että keräyslaitteen kierrätys-neste toimii kahdessa faasissa siten, että neste päästetään purkautumaan jaksollisesta vastaanottoelementistä vasta sen saavutettua höyrystymislämpötilansa. Tämän toteuttami-10 seksi on keksinnölle tunnusomaista se, että vastaanottoele-mentin sekä ylä- että alapäässä on vain ylöspäin suunnatun nestevirtauksen salliva nesteventtiili, jolloin nestevent-tiilit auringon lämpösäteilyn vaikutuksesta toimivat jaksol-lisesti siten, että ylempi venttiili avautuu, kun vastaanot-15 toelementissä oleva neste saavuttaa höyrystymispisteensä ja alempi venttiili päästää vastaanottoelementtiin lisää nestettä vasta, kun elementti on olennaisesti purkautunut.

Edullisesti järjestetään ylemmän venttiilin yläpuolelle 20 tietyn vastapaineen ylläpitävä nestetila, esimerkiksi jousi-kuormitettu palje, josta neste johdetaan edelleen kiertoon suhteellisen ohueksi mitoitetun kierrätysputken kautta.

Itse vastaanottoelementti muodostuu sopivimmin useista 25 suhteellisen ohuista yhdensuuntaisista putkista, jolloin venttiilit voivat sijaita kulloinkin putkien päissä olevissa kokoojakappaleissa.

Kierrätysneste voi olla hyvän lämmönjohtokyvyn omaava liuos, 30 jonka kiehumispiste on alueella 120-140°C.

Keksintöä ja sen muita piirteitä ja etuja selostetaan seu-raavassa esimerkin muodossa ja viitaten oheiseen piirustukseen, jossa 35 kuva 1 esittää osittain kaaviomaisesti keksinnön mukaista keräyslaitetta sivulta katsottuna, kuva 2 esittää keräyselementin rakennetta päästä katsottuna, ja 3 67017 kuvat 3 ja 4 esittävät suuremmassa mittakaavassa laitteen nesteventtiiliä sivusta katsottuna sekä leikkauksena.

Keräyslaitteen olennainen osa on heijastinelementti 1, joka 5 on pitkänomainen sekä poikkileikkaukseltaan parabolinen, kuten paremmin selviää kuvasta 2. Heijastinelementin sisäpinta on päällystetty auringonsäteilyä hyvin heijastavalla pinnoitteella.

10 Heijastinelementin viivamaisessa polttopisteessä sijaitseva vastaanottoelementti 2 muodostuu keksinnön mukaisesti useista rinnakkaisista ohuista putkista, jolloin lämpösäteilyn kohdistuessa putkinippuun, säteily saadaan vangituksi suurelta osin putkinipun välikuiluihin. Tästä on etuna se, 15 että saavutetaan samalla sekä suuri tehollinen kohtiopinta että minimaalinen takaisinsäteily ympäristöön. Putkien yläpinta 2a voi olla kiillotettu.

Heijastimen kääntöakseli X yhtyy putkinippuun 2 ja putket 20 pysyvät paikoillaan, kun heijastinta käännetään auringon asennon mukaisesti.

Vastaanottoelementti eli putket 2 sisältävät kierrätysliuos-ta, jonka kiehumispiste on esimerkiksi noin 130°C. Kierto 25 tapahtuu suhteellisen ohuen putken 21 kautta, joka putki muodostaa lämmityselementin 22 lämmönvaraajassa 8. Myös lämmönvaraaja 8 on täytetty hyvän lämmönjohtokyvyn omaavalla liuoksella 9. Lämmönvaraaja on suljettu tila ja nestepinnan 10 yläpuolella vallitsee alipainetta.

30 Lämmönvaraajan sisään on sijoitettu käyttöveden putkikieruk-ka 11, josta saadaan lämmin käyttövesi. Lämmönvaraajan alapuolelle on sijoitettu tasausastia 12, joka on edelleen varustettu ylivuodolla 13 sekä rajakatkaisimella 14, joka 35 lämpötilan noustessa liikaa ja nesteen 9 paisuessa käynnistää tehostetun ulosoton elementistä 11 t:a1 vaihtoehtoisesti kääntää heijastimen poispäin auringosta.

4 87017

Keksinnössä on olennaista se, että kierrätysneste toimii kahdessa faasissa siten, että se päästetään ulos jaksottaisesti vastaanottoelementistä 2 vasta sen saavuttaessa kulloinkin höyrystymispisteensä. Tämän vuoksi on elementin 2 5 sekä ala- että yläosaan sijoitettu vain ylöspäin suunnatun virtauksen salliva nesteventtiili 3 vastaavasti 4. Lisäksi on elementin yläpäähän sijoitettu vastapaineen ylläpitävä tila, tässä tapauksessa jousikuormitettu palje 5. Kuvassa on palkeessa olevan nesteen yläpinta merkitty numerolla 6 10 ja palkeen yläpäässä oleva huoltoventtiili merkitty numerolla 7.

Keräyslaite toimii siten, että kun vastaanottoelementissä 2 oleva neste saavuttaa höyrystymislämpötilansa, venttiili 15 4 aukeaa ja höyry purkautuu palkeeseen 5. Tällöin alempi venttiili 3 pysyy paineen vaikutuksesta kiinni.

Kun vastaanottoelementti on purkautunut, sulkeutuu venttiili 4 ja alempi venttiili 3 avautuu sekä sallii nesteen pääsyn 20 taas elementtiin 2. Samalla jatkuu kuuman nesteen purkautuminen palkeista 5 kuumennuselementtiin 22. Tällä tavalla taataan se, että kiertoneste ei pääse pois vastaanottoelementistä vajaalämpöisenä, mikä on olennaista koko varaajan 8 toiminnalle.

25

Kuvissa 3 ja 4 on esitetty erästä mahdollista venttiilien toteutusta. Venttiilikappale 17 on yksinkertaisesti putkien 2 päissä olevaan kokoojaan 15 sijoitettu uimuri 17, joka on ainetta, jolla on samaa suuruusluokkaa oleva ominaispaino 30 kuin itse kierrätysliuoksella. Venttiilikappaleen 17 kar-tiopinta tiivistää kokoojakappaleen 15 kartiopintaa 16 vasten estäen liuoksen virtausta alaspäin kokoojassa 15. Venttiilikappaleen 17 yläosassa on rivat 19 ja sen alaosassa rivat 18, jotka ohjautuvat kokoojan 15 sisäseinämää vasten, 35 mutta sallivat välistään liuoksen ylöspäin tapahtuvaa virtausta. Kokoojassa 15 oleva sisäpuolinen olake 20 rajoittaa venttiilikappaleen 17 liikettä ylöspäin.

5 87017

Eräässä käytännön kokeessa todettiin, että esimerkiksi keräyslaitteen ryhtyessä toimimaan kylmällä kierrätysliuok-sella vastaanottoelementin 2 ensimmäiseen purkaukseen eli venttiilin 4 avautumiseen kului aikaa noin 70 sekuntia.

5 Keräyslaitteen saavutettua toimintalämpötilansa, jakson pituus oli vastaavasti noin 10 sekuntia. Putket 2 samoin kuin kierrätysputki 21 oli tavallista ohutseinäistä ruostumatonta terästä, ulkohalkaisija 7-8 mm ja seinämän paksuus 0,15 mm. Kierrätysliuoksen kiehumispiste oli noin 130°C.

Claims (10)

1. Aurinkoenergian keräyslaite, johon kuuluu pitkänomainen, poikkileikkaukseltaan kaareva sisäpinnaltaan heijastava heijastinelementti (1), joka on asennettu kallistettuun 5 asentoon heijastava sisäpinta aurinkoon päin, ja heijas-tinelementin viivamaiseen polttopistekohtaan sijoitettu olennaisesti heijastinelementin koko pituudelta ulottuva, heijastunutta aurinkosäteilyä vastaanottava vastaanottoele-mentti (2), joka on liitetty nestettä sisältävään kiertojär-10 jestelmään ja joka toimii mainitun nesteen lämmittämiseksi, tunnettu siitä, että vastaanottoelementin (2) sekä ylä- että alapäässä on vain ylöspäin suunnatun nestevirtauksen salliva nesteventtiili (3, 4), jolloin nesteventtiilit (3, 4) auringon lämpösäteilyn vaikutuksesta toimivat jaksollisesti 15 siten, että ylempi venttiili (4) avautuu, kun vastaanot-toelementissä oleva neste saavuttaa höyrystymispisteensä ja alempi venttiili (3) päästää vastaanottoelementtiin (2) lisää nestettä vasta kun elementti (2) on olennaisesti purkautunut. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keräyslaite, tunnettu siitä, että ylemmän venttiilin (4) yläpuolelle on järjestetty tietyn vastapaineen ylläpitävä nestetila (5), josta neste johdetaan edelleen kiertoon. 25

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen keräyslaite, tunnettu siitä, että mainittu nestetila on jousikuormitettu palje (5), ja että kierrätysputki (2) on mitoitettu niin ohueksi, että vastapaine säilyy palkeessa (5). 30

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen keräyslaite, tunnettu siitä, että vastaanottoelementti (2) muodostuu useista suhteellisen ohuista yhdensuuntaisista putkista, jolloin venttiilit (3, 4) sijaitsevat putkien päässä ole- 35 vissa kokoojakappaleissa.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen keräyslaite, tunnettu siitä, että vastaanottoelementti (2) käsittää 5-7 pienen 7 87017 välimatkan päähän toisistaan sijoitettua ohutseinäistä metalliputkea.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen 5 keräyslaite, tunnettu siitä, että venttiili (3, 4) muodostuu aksiaalisesti liikkuvasta venttiilikappaleesta (17), jolla on katkaistun kartion muotoinen tiivistyspinta.

6 87017

7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keräyslaite, tunnettu 10 siitä, että venttiilikappaleessa (17) on ainakin osittain venttiilipesän sisäpintoja vasten ohjautuvat rivat (18, 19), jotka mahdollistavat nestevirtauksen venttiilikappaleen (17) ohi.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen keräys- laite, tunnettu siitä, että kierrätysnesteenä on hyvän lämmön johtokyvyn omaava liuos, jonka kiehumispiste on noin 120°C.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen keräyslaite, tunnettu siitä, että kierrätysneste pakotetaan lämmönvaraajaan (8) sijoitetun läiranityselementin (22) läpi.

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen keräyslaite, tunnettu 25 siitä, että lämmönvaraaja (8) on lämmönvaihdin, johon on sijoitettu käyttövesikierukka (11) tai vastaava. 8 87017