RO133284A0 - Solar concentrator with multiple focal points and stirling motor - Google Patents
Solar concentrator with multiple focal points and stirling motor Download PDFInfo
- Publication number
- RO133284A0 RO133284A0 ROA201800849A RO201800849A RO133284A0 RO 133284 A0 RO133284 A0 RO 133284A0 RO A201800849 A ROA201800849 A RO A201800849A RO 201800849 A RO201800849 A RO 201800849A RO 133284 A0 RO133284 A0 RO 133284A0
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- solar
- thermal
- stirling
- stirling motor
- coupled
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 16
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 15
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 8
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 7
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 1
- 230000001955 cumulated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
- F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
- F03G6/068—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having other power cycles, e.g. Stirling or transcritical, supercritical cycles; combined with other power sources, e.g. wind, gas or nuclear
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
- F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
- F02G1/043—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines
- F02G1/0435—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type the engine being operated by expansion and contraction of a mass of working gas which is heated and cooled in one of a plurality of constantly communicating expansible chambers, e.g. Stirling cycle type engines the engine being of the free piston type
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Abstract
Description
Descrierea invențieiDescription of the invention
a) titlu: Concentrator solar cu focare multiple și motor Stirlinga) title: Solar concentrator with multiple focus and Stirling engine
b) precizarea domeniului tehnic in care poate fi folosita invenția;b) specifying the technical field in which the invention can be used;
Prezenta invenție se referă la un ansamblu hibrid de cogenerare energie electrică și termică din surse mixte, format din sistem de concentratoare solare (2) cu focare multiple, elemente de recepție (4) și transfer al energiei termice către un motor Stirling (31) cuplat cu un generator electric (33). Ansamblul este montat pe un sistem de tip tracking (1), cu două axe, ce permite urmărirea solară pe parcursul întregii zile.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a hybrid assembly of cogeneration of electric and thermal energy from mixed sources, consisting of a system of solar concentrators (2) with multiple foci, receiving elements (4) and transfer of thermal energy to a coupled Stirling motor (31) with an electric generator (33). The assembly is mounted on a tracking system (1), with two axes, which allows solar tracking throughout the day.
Deoarece sursele mixte de energie folosite includ pe lângă energia solară, biogaz sau gaz natural, domeniul tehnic de aplicare al invenției poate fi asigurarea energiei electrice și termice cu precădere în fermele producătoare de biogaz dar și în locuințe, IMM-uri, etc.As the mixed energy sources used include in addition to solar energy, biogas or natural gas, the technical scope of the invention can be to provide electrical and thermal energy especially in biogas producing farms but also in homes, SMEs, etc.
c) indicarea stadiului anterior al tehnicii și indicarea documentelor care stau la baza acestuia;c) indicating the prior state of the art and indicating the documents underlying it;
Găsirea celor mai bune concentratoare solare în vederea folosirii energiei solare concentrate în diverse aplicații reprezintă un domeniu îndelung studiat. Una dintre aplicații o reprezintă sistemele concentrator solar-motor Stirling. Majoritatea lor folosesc oglinzi parabolice pentru concentrarea radiației solare, având în focar un motor Stirling [1-4]. De asemenea există sisteme care folosesc, pe lângă concentratorul solar, reflectoare optice pentru a redirecționa lumina solară concentrată [3, 5, 6].Finding the best solar concentrators for the use of concentrated solar energy in various applications is a long studied field. One of the applications is the Stirling solar-motor concentrator systems. Most of them use parabolic mirrors for the concentration of solar radiation, having a Stirling engine [1-4]. There are also systems that use, besides the solar concentrator, optical reflectors to redirect the concentrated sunlight [3, 5, 6].
Din clasa concentratoarelor solare cu motor Stirling mai fac parte și sisteme hibride care folosesc atât energia solară concentrată cât și energia termică provenită din arderea combustibililor pentru a suplinii momentele în care energia solară este redusă sau lipsește [4, 7-10].Stirling motor solar concentrators also include hybrid systems that use both concentrated solar energy and thermal energy from combustion fuels to replace times when solar energy is low or lacking [4, 7-10].
d) expunerea invenției in termeni care sa permită înțelegerea problemei tehnice (chiar daca problema tehnică nu este explicit menționată) și a soluției așa cumd) exposing the invention in terms that allow the understanding of the technical problem (even if the technical problem is not explicitly mentioned) and of the solution as
a 2018 00849to 2018 00849
23/11/2018 wr este revendicata precum și avantajele invenției în raport cu stadiul anterior al tehnicii;23/11/2018 wr is claimed as well as the advantages of the invention in relation to the prior art.
• problema tehnică;• technical problem;
Sistemele concentrator solar-motor Stirling fac parte din sistemele de producere a energiei din surse regenerabile, alternative, care sunt în concordanță cu normele de mediu.Stirling solar-motor concentrator systems are part of the alternative energy generation systems, which are in compliance with environmental standards.
Marele dezavantaj al acestor surse de energie alternativă ^'reprezintă faptul ca ele nu sunt permanente. A apărut astfel ideea sistemelor hibride care folosesc o sursă auxiliară de energie cu rol de a compensa momentele în care sursa primara de energie dispare sau este redusă ca intensitate.The major disadvantage of these alternative energy sources is that they are not permanent. Thus, the idea of hybrid systems using an auxiliary energy source appeared to compensate for the times when the primary energy source disappears or is reduced in intensity.
Majoritatea sistemelor concentrator solar-motor Stirling folosesc oglinzi parabolice de mari dimensiuni pentru concentrarea radiației solare. Realizarea acestor oglinzi de dimensiuni mari nu este o problemă neglijabilă iar prețurile de producție sunt ridicate. Chiar si în cazul realizării modulare a acestora, o defecțiune intervenită la una dintre componente face imposibilă înlocuirea doar a componentei respective. Mai mult decât atât ele prezintă dezavantaje prin umbrirea adusă de poziționarea motorul Stirling și prin lungimea brațului de susținere al acestuia care îndepărtează centrul de greutate al sistemului față de axul central. Folosirea unui reflector secundar în focarul receptorului principal [3] pentru a putea plasa motorul Stirling la baza receptorului principal (oglinda parabolică) înlătură acest inconvenient dar nu rezolvă problema umbririi și a costurilor mari datorită folosirii oglinzilor parabolice de dimensiuni mari. Pe de altă parte folosirea mai multor lentile Fresnel, în locul oglinzii parabolice mari, ca și concentratoare principale cuplate cu reflectoare secundare pentru a concentra energia solară în același punct focal [5] rezolvă o parte din problemele prezentate mai sus dar reduce eficiența sistemului datorită pierderilor induse prin reflexiile/refracțiile multiple.Most Stirling solar-concentrator systems use large parabolic mirrors to concentrate solar radiation. Making these large mirrors is not a negligible problem and the production prices are high. Even in the case of their modular realization, a malfunction in one of the components makes it impossible to replace only the respective component. Moreover, they have disadvantages by the shading brought by the positioning of the Stirling engine and by the length of its supporting arm which removes the center of gravity of the system from the central axis. Using a secondary reflector in the focus of the main receiver [3] to be able to place the Stirling motor at the base of the main receiver (parabolic mirror) removes this drawback but does not solve the problem of shading and high costs due to the use of large parabolic mirrors. On the other hand, the use of several Fresnel lenses, instead of the large parabolic mirror, as main concentrators coupled with secondary reflectors to concentrate solar energy at the same focal point [5] solves some of the problems presented above but reduces the efficiency of the system due to losses. induced by multiple reflections / refractions.
• expunerea invenției;• exposing the invention;
Sistemul prezentat în această invenție este unul hibrid, de cogenerare energie electrică și termică din surse mixte, format dintr-un sistem de concentratoare solare (2) cu focare multiple, elemente (41) de recepție și transfer a energiei termice către camera de ardereThe system presented in this invention is a hybrid one, for cogeneration of electric and thermal energy from mixed sources, consisting of a system of solar concentrators (2) with multiple foci, elements (41) for receiving and transferring the thermal energy to the combustion chamber.
a 2018 00849to 2018 00849
23/11/2018 (32) a unui motor Stirling (31) cuplat cu un generator electric (33). Ansamblul este montat pe un sistem (1) de tip tracking cu două axe ce permite urmărirea solară pe parcursul întregii zile. Energia termică rezultată din energia solară concentrată (44), este preluată din receptorul termic (41) de către agentul termic (43) gazos (aer îmbogățit cu oxigen) și ajunge prin intermediul sistemului de distribuire (54) direct în camera de ardere (32) a motorului Stirling (31) unde este folosit în procesul de combustie. Agentul termic (43) gazos este preîncălzit în recuperatorul termic (34) de pe conducta de evacuare a gazelor de ardere a motorului Stirling (31), înainte de a ajunge în receptorul termic (41). în funcție de temperatura la care ajunge agentul termic (43) gazos în camera de ardere, ansamblul este prevăzut cu un sistem (6) automatizat de control și comandă proporțională a debitului de amestec de combustibil gazos cu hidrogen pentru a compensa momentele cu însorire redusă/absentă și a păstra la o temperatură constantă partea caldă a motorului Stirling (31) indiferent de condițiile de însorire. Cel de al doilea recuperator termic (35) de pe traseul de evacuare a gazelor de ardere a motorului Stirling (31) este prevăzut cu elemente termoelectrice răcite pentru conversia energiei termice în energie electrică. Sistemul de răcire al acestora este conectat cu cel al motorului Stirling (31) și include un schimbător de căldură (7) pentru recuperarea energiei termice sub forma apei calde. Ansamblul mai cuprinde un invertor (8), baterii (9) pentru conversia și stocarea energiei electrice produse și un electrolizor (10) care folosește surplusul de energie electrică în procesul de electroliză a apei obținând astfel oxigenul și hidrogenul folosiți pentru îmbogățirea aerului și respectiv a combustibilului gazos.11/23/2018 (32) of a Stirling engine (31) coupled with an electric generator (33). The assembly is mounted on a two-axis tracking system (1) that allows solar tracking throughout the day. The thermal energy resulting from the concentrated solar energy (44), is taken from the thermal receiver (41) by the heat agent (43) gas (oxygen enriched air) and reaches through the distribution system (54) directly into the combustion chamber (32). ) of the Stirling engine (31) where it is used in the combustion process. The gaseous thermal agent (43) is preheated in the thermal recuperator (34) on the exhaust pipe of the Stirling engine's flue gas (31), before reaching the thermal receiver (41). Depending on the temperature at which the thermal agent (43) reaches the gas in the combustion chamber, the assembly is provided with an automated system (6) of proportional control and control of the flow rate of hydrogen gas fuel mixture to compensate for the moments with reduced sun / absent and keep the hot part of the Stirling engine (31) at a constant temperature regardless of the sunny conditions. The second thermal recuperator (35) on the exhaust path of the Stirling engine's exhaust gases (31) is provided with cooled thermoelectric elements for the conversion of heat energy into electricity. Their cooling system is connected to that of the Stirling engine (31) and includes a heat exchanger (7) for the recovery of thermal energy in the form of hot water. The assembly also comprises an inverter (8), batteries (9) for the conversion and storage of the electricity produced and an electrolyser (10) which uses the surplus of electricity in the process of electrolysis of the water thus obtaining the oxygen and hydrogen used for the enrichment of air and respectively gas fuel.
• avantajele;• benefits;
Comparativ cu stadiul tehnicii , soluția propusă are următoarele avantaje cumulate și integrate în același sistem:Compared to the prior art, the proposed solution has the following advantages cumulated and integrated in the same system:
- folosește un sistem de concentratoare solare (2) cu focare multiple înlăturând concentratorul clasic cu oglinzi parabolice de dimensiuni și distanță focală mari ceea ce are următoarele avantaje: cost redus, distanță focală redusă permițând realizarea unui ansamblu compact al cărui centru de greutate este mai apropiat de axul central reducând astfel dimensiunile constructive ale sistemului de susținere, a 2018 00849- uses a system of solar concentrators (2) with multiple foci removing the classical concentrator with parabolic mirrors of large dimensions and focal length which has the following advantages: low cost, reduced focal length allowing a compact assembly whose center of gravity is closer by the central axis thus reducing the constructive dimensions of the support system, of 2018 00849
23/11/2018 implicit gabaritul și totale ale sistemului, este un sistem modular cu lentile independente care permite înlocuirea rapidă a unui element în caz de defecțiune;23/11/2018 implicitly the overall size and of the system, is a modular system with independent lenses that allows the rapid replacement of an element in case of failure;
- datorită sistemului hibrid (surse mixte) poate funcționa și la iradianță scăzută (cer noros) sau noaptea; acest lucru este posibil datorită sistemului propriu automatizat de control și comandă a debitului de amestec de combustibil gazos cu hidrogen, astfel încât temperatura schimbătorului de căldură al motorului Stirling să nu coboare sub valoarea minimă de funcționare indiferent de condițiile de însorire;- due to the hybrid system (mixed sources) it can work at low irradiation (cloudy sky) or at night; this is possible thanks to its own automated system for controlling and controlling the flow rate of hydrogen gas fuel, so that the temperature of the Stirling engine heat exchanger does not fall below the minimum operating value regardless of the sunny conditions;
- folosește surplusul de energie electrică în procesul de electroliză a apei obținând astfel oxigenul și hidrogenul folosiți pentru îmbogățirea aerului și respectiv a combustibilului gazos;- uses the surplus of electricity in the process of electrolysis of the water, thus obtaining the oxygen and hydrogen used to enrich the air and the gas fuel respectively;
- produce atât energie electrică cât și termică;- produces both electric and thermal energy;
- are un sistem de recuperare (34, 35), în doua trepte, a energiei termice din gazele de ardere;- has a system of recovery (34, 35), in two stages, of the thermal energy from the flue gases;
- receptoarele termice (41) din focarul concentratoarelor solare (2) sunt interconectate în paralel cu ajutorul sistemului de distribuție debit (54) și dispun de valve de izolare (53) care, în cazul unei eventuale defecțiuni, permit izolarea traseului în cauză nefiind necesară oprirea întregului ansamblu.- the heat receivers (41) from the outbreak of the solar concentrators (2) are interconnected in parallel with the flow distribution system (54) and have isolation valves (53) which, in the event of a possible failure, allow the isolation of the route in question, which is not necessary stopping the whole assembly.
e) prezentarea pe scurt a desenelor explicativee) brief presentation of explanatory drawings
Figura 1. în această figură este prezentată schema de principiu ansamblu hibrid de cogenerare energie electrică și termică din surse mixte.Figure 1. In this figure is presented the principle diagram of hybrid assembly of cogeneration electric and thermal energy from mixed sources.
Figura 2. în această figură este prezentată o vedere din față a subansamblului 12. Figura 3. în această figură este prezentată o secțiune prin sistemul receptor termic (4) din focarul concentratorului solar (2).Figure 2. In this figure is shown a front view of the subassembly 12. Figure 3. In this figure is shown a section through the thermal receiver system (4) from the focus of the solar concentrator (2).
Figura 4. în această figură este prezentată o schematizare a întregului proces energetic. Figura 5. în această figură este prezentat un exemplu de realizare cu 12 concentratoare solare și un motor Stirling cu un generator electric de 3 kW.Figure 4. A diagram of the entire energy process is shown in this figure. Figure 5. In this figure an embodiment of 12 solar concentrators and a Stirling motor with a 3 kW electric generator is shown.
a 2018 00849to 2018 00849
23/11/201811/23/2018
f) expunerea detailată a invenției pentru care se solicită protecția; în acestă expunere trebuie sa fie prezentate unul sau mai multe exemple de realizare și funcționare cu trimitere la desene; expunerea se face clar, complet și corect astfel încât o persoană de specialitate sa o poată realiza fără activitate inventivă;f) detailed description of the invention for which protection is requested; In this exposition, one or more examples of embodiment and operation with reference to the drawings must be presented; the exposure is made clear, complete and correct so that a skilled person can achieve it without inventive activity;
- în cazul în care producerea sau folosirea obiectului invenției nu rezultă explicit din descrierea sau natura invenției este necesară descrierea modului în care obiectul invenției este folosit, exploatat sau fabricat;- if the production or use of the object of the invention does not result explicitly from the description or the nature of the invention, it is necessary to describe how the object of the invention is used, exploited or manufactured;
- în descriere pot fi prezentate formule, modele, algoritmi fără ca prezentarea obiectului invenției în exemplu de realizare să se bazeze exclusiv pe acestea- formulas, models, algorithms can be presented in the description without presenting the object of the invention in the embodiment exclusively based on them
Prezenta invenție se referă la un ansamblu hibrid de cogenerare energie electrică și termică din surse mixte, format din sistem de concentratoare solare (2), cu focare multiple, elemente (41) de recepție și transfer al energiei termice către agentul termic (43) gazos care la rândul său este transferat prin intermediul sistemului de distribuire debit (54) către un motor Stirling (3) cuplat cu un generator electric. Ansamblul este montat pe un sistem (1) de tip tracking cu două axe ce permite urmărirea solară pe parcursul întregii zile. Schema de principiu este prezentată în figura 1. Dimensiunile sistemului (1) depind de numărul de concentratoare solare (2) montate și de dimensiunile motorului Stirling (31) instalat. Sistemul (1) este compus dintr-un cadru de susținere (11) care permite și mișcarea azimutală a întregului ansamblu, de care este conectat cadrul (12) care permite mișcarea de elevație și pe care sunt montate ansamblul motor Stirling (3), concentratoarele solare (2), sistemul distribuire debit (54) al agentului termic (43) gazos și suportul (13) pe care sunt montate elementele (41) receptoare. Suportul (13) include un sistem de reglaj al poziției, pe 3 axe, care permite poziționarea elementelor (41) în focarul concentratoarelor solare (2). Ansamblul (1) mai include niște motoare și niște reductoare care asigură mișcarea ansamblului pe cele două axe, niște cititoare de poziție unghiulară, și un sistem GPS pentru identificarea coordonatelor geografice, data și ora, necesare poziționării.The present invention relates to a hybrid assembly of cogeneration of electric and thermal energy from mixed sources, consisting of a system of solar concentrators (2), with multiple foci, elements (41) for receiving and transferring the thermal energy to the thermal agent (43) gas which in turn is transferred through the flow distribution system (54) to a Stirling motor (3) coupled with an electric generator. The assembly is mounted on a two-axis tracking system (1) that allows solar tracking throughout the day. The principle diagram is shown in Figure 1. The dimensions of the system (1) depend on the number of solar concentrators (2) installed and the dimensions of the Stirling engine (31) installed. The system (1) is composed of a support frame (11) which also allows the azimuthal movement of the whole assembly, to which the frame (12) which allows the elevation movement is connected and on which the Stirling motor assembly (3) are mounted, the concentrators solar (2), the flow distribution system (54) of the heat agent (43) gas and the support (13) on which the receiving elements (41) are mounted. The bracket (13) includes a 3-axis position adjustment system that allows the positioning of the elements (41) in the focus of the solar concentrators (2). The assembly (1) also includes motors and reducers that ensure the movement of the assembly on the two axes, some angular position readers, and a GPS system for identifying the geographical coordinates, date and time, necessary for positioning.
a 2018 00849to 2018 00849
23/11/201811/23/2018
Energia solară este concentrată (44) cu ajutorul concentratoarelor solare (2), de tip lentilă Fresnel, pe receptoarele termice (41) care au și rol de schimbătoare de căldură, transferând energia termică, receptată din radiația solară concentrată (44), agentului termic (43) gazos. Concentratoarele (2) solare, sunt grupate matricial pe n rânduri și k coloane, rezultând, cum se poate observa în figura 2, un sistem cu n*k focare multiple care sunt interconectate (54) paralel și cuplate cu camera de ardere (34) a unui motor Stirling (31). Folosirea lentilelor Fresnel identice în locul oglinzilor parabolice aduce o serie de avantaje care au fost descrise mai sus. Receptorul termic (41) din focarul lentilelor Fresnel este conceput și optimizat pentru tipul de lentile prezentate în exemplul de realizare, astfel încât să aibă o eficiență ridicată în captarea și transferul căldurii către agentul termic (43). Receptorul focal (41) este plasat într-o cărămidă refractar-izolatoare (42) pentru a minimiza pierderile de energie termică. O secțiune prin receptor (41) este prezentată în figura 3. Forma receptorului (41) este de tip lamelar etajat. Aerul intră în receptorul (41) în partea de jos, se încălzește treptat pe traseu și-l părăsește în zona de sus care are cea mai ridicată temperatură fiind poziționată în zona de focalizare a concentratorului solar (2).The solar energy is concentrated (44) with the help of solar concentrators (2), Fresnel lens type, on the thermal receivers (41) which also act as heat exchangers, transferring the thermal energy, received from the concentrated solar radiation (44), to the thermal agent. (43) gases. The solar concentrators (2) are grouped matrix by n rows and k columns, resulting, as can be seen in figure 2, a system with multiple n * k foci that are interconnected (54) parallel and coupled with the combustion chamber (34). of a Stirling engine (31). The use of identical Fresnel lenses instead of parabolic mirrors brings a number of advantages that have been described above. The thermal receiver (41) from the Fresnel lens focal point is designed and optimized for the type of lens presented in the embodiment, so that it has a high efficiency in capturing and transferring heat to the thermal agent (43). The focal receiver (41) is placed in a refractory-insulating brick (42) to minimize heat loss. A section through the receiver (41) is shown in Figure 3. The shape of the receiver (41) is of the lamellar type. The air enters the receiver (41) at the bottom, gradually warms up on the route and leaves it in the upper area that has the highest temperature being positioned in the focus area of the solar concentrator (2).
înainte de a ajunge în receptorul focal (41), agentul termic (43) este preîncălzit în recuperatorul de căldură (34), care este un schimbător de căldură cu ajutorul căruia este recuperată o parte din energia termică din gazele de ardere ale motorului Stirling (31) și transferată agentului termic (43). La ieșirea din recuperator (34), agentul termic (43) este distribuit spre receptoarele termice (41) din focarul lentilelor Fresnel și apoi ajunge în camera de ardere cu ajutorul unui sistem de distribuție (54) izolat termic față de mediu înconjurător pentru a minimiza pierderile de energie. Sistemul de antrenare, distribuție și control (5) al debitului de agent termic (43) include o sursă de debit (51) care poate fi un compresor, ventilator, etc, un sistem de reglare a debitului și a proporției de aer îmbogățit cu oxigen (52), țevi și distribuitoare de debit (54) și robinete de izolare debit (53). O schematizare a întregului proces energetic este prezentată în figura 4.Before reaching the focal receiver (41), the heat agent (43) is preheated in the heat recovery unit (34), which is a heat exchanger by which part of the heat energy from the combustion gases of the Stirling engine is recovered ( 31) and transferred to the thermal agent (43). Upon exiting the recuperator (34), the heat agent (43) is distributed to the thermal receivers (41) from the Fresnel lens outbreak and then reaches the combustion chamber using a thermally insulated distribution system (54) to minimize energy losses. The heating, distribution and control system (5) of the thermal agent flow (43) includes a flow source (51) which can be a compressor, fan, etc., a system for regulating the flow and the proportion of oxygen enriched air. (52), flow pipes and distributors (54) and flow isolation valves (53). A schematic of the entire energy process is shown in Figure 4.
Schimbătorul de căldură al motorului Stirling (31), aflat în camera de ardere (32), trebuie menținut la o temperatură constantă, necesară funcționării continue. Pentru a compensa perioadele cu însorire redusă sau fără soare, camera de ardere (32) este prevăzută cu arzătoare de amestec de gaz (biogaz, gaz metan, etc) cu hidrogen ca și sursă auxiliară a 2018 00849The heat exchanger of the Stirling engine (31), located in the combustion chamber (32), must be maintained at a constant temperature, necessary for continuous operation. To compensate for the periods with low sun or without sun, the combustion chamber (32) is provided with burners of gas mixture (biogas, methane gas, etc.) with hydrogen as an auxiliary source of 2018 00849
23/11/2018 de energie. Procesul de ardere este controlat cu un sistem automatizat (6) de control proporțional al debitului și al amestecului de combustibil.11/23/2018 of energy. The combustion process is controlled by an automated system (6) of proportional control of the flow and of the fuel mixture.
Cel de al doilea recuperator termic (35) de pe traseul de evacuare a gazelor de ardere a motorului Stirling (31) este prevăzut cu elemente termoelectrice răcite pentru conversia energiei termice în energie electrică. Sistemul de răcire al acestora este conectat cu cel al motorului Stirling (31) și include un schimbător de căldură (7) pentru recuperarea energiei termice sub forma apei calde. Ansamblul mai cuprinde un invertor (8), baterii (9) pentru conversia și stocarea energiei electrice produse și un electrolizor (10) care folosește surplusul de energie electrică în procesul de electroliză a apei obținând astfel oxigenul și hidrogenul folosiți pentru îmbogățirea aerului și respectiv a combustibilului gazos.The second thermal recuperator (35) on the exhaust path of the Stirling engine's exhaust gases (31) is provided with cooled thermoelectric elements for the conversion of heat energy into electricity. Their cooling system is connected to that of the Stirling engine (31) and includes a heat exchanger (7) for the recovery of thermal energy in the form of hot water. The assembly also comprises an inverter (8), batteries (9) for the conversion and storage of the electricity produced and an electrolyser (10) which uses the surplus of electricity in the process of electrolysis of the water thus obtaining the oxygen and hydrogen used for the enrichment of air and respectively gas fuel.
Exemple de realizareEmbodiment examples
Ansamblul poate fi dimensionat și configurat astfel încât să corespundă atât caracteristicilor de iradianță locale cât și necesarului de energie electrică și termică al consumatorului.The assembly can be dimensioned and configured so that it corresponds to both the local irradiance characteristics and the consumer's electrical and thermal energy requirements.
Un exemplu de realizare este prezentat în figura 5. Acesta este compus din: 12 concentratoare solare (2) de tip lentila Fresnel din PMMA de 5 mm grosime, cu o suprafață activă de aproximativ 0.92 m2,1.3 m distanță focală, si o transmitanță de 90%. Motorul Stirling (31) instalat este un prototip, cu un generator electric (33) de putere 3kW. Sistemul de urmărire solară (1) este dimensionat pentru a putea prelua forțele de încărcare ale întregului sistem cât și forțele exterioare (vânt, zăpadă, etc.)One embodiment is shown in Figure 5. It is composed of: 12 5 mm thick PMMA Fresnel lens concentrators (2), with an active surface of approximately 0.92 m 2 , 1.3 m focal length, and a transmittance of 90%. The Stirling motor (31) installed is a prototype, with a 3kW power generator (33). The solar tracking system (1) is sized to be able to take over the loading forces of the entire system as well as the external forces (wind, snow, etc.).
BibliografieBibliography
1. Roelf J. Meijer, Solar powered Stirling engine, US4707990A1. Roelf J. Meijer, Solar powered Stirling engine, US4707990A
2. Glendon M. Benson, Solar powered free-piston Stirling engine, US4642988A2. Glendon M. Benson, Solar powered free-piston Stirling engine, US4642988A
3. Cristina Naranjo Sosa, Felix Gilabert Munoz, Isaac Garaway, Erez Harel, David3. Cristina Naranjo Sosa, Felix Gilabert Munoz, Isaac Garaway, Erez Harel, David
Klein, Stirling engine solar concentrator system, WO 2011/053895 Al a 2018 00849Klein, Stirling engine solar concentrator system, WO 2011/053895 A to 2018 00849
23/11/2018 'ζ/11/23/2018 'ζ /
4. Mark Mehos, Kenneth Anselmo, James Moreno, Charles Andraka, K. Rawlinson, John Corey, Mark Bohn, Dish/stirling hybrid-receiver, US20020059798A14. Mark Mehos, Kenneth Anselmo, James Moreno, Charles Andraka, K. Rawlinson, John Corey, Mark Bohn, Dish / stirling hybrid-receiver, US20020059798A1
5. Gilbert Cohen, Roland Winston, Multiple reflector solar concentrators and systems, US20040140000A15. Gilbert Cohen, Roland Winston, Multiple reflector solar concentrators and systems, US20040140000A1
6. Multiple-focus coincident Fresnel lens system, CN103885165A6. Multiple-focus matching Fresnel lens system, CN103885165A
7. John F. W. Parry, Hot air solar engine, US4414812A7. John F. W. Parry, Hot air solar engine, US4414812A
8. Edgar English, Jr., Solar energy conversion apparatus provided with an automatic cut-in heat-supplying standby apparatus, US4398391A8. Edgar English, Jr., Solar energy conversion device provided with an automatic cut-in heat-supplying standby device, US4398391A
9. Worth H. Percival, David N. Wells, Hybrid solar/combustion powered receiver, US4602614A9. Worth H. Percival, David N. Wells, Hybrid solar / combustion powered receiver, US4602614A
10. Yilong Chen, Qingping Yang, Yanfeng Zhang, Disc-type solarstirling engine power generation device capable of operating continuously day and night, EP2716910A4 a 2018 0084910. Yilong Chen, Qingping Yang, Yanfeng Zhang, Disc-type solarstirling engine power generation device capable of continuously operating day and night, EP2716910A4 to 2018 00849
23/11/2018 V*11/23/2018 V *
g) Revendicărig) Claims
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201800849A RO133284B1 (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Solar concentrator with multiple focal points and stirling motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201800849A RO133284B1 (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Solar concentrator with multiple focal points and stirling motor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO133284A0 true RO133284A0 (en) | 2019-04-30 |
| RO133284B1 RO133284B1 (en) | 2023-04-28 |
Family
ID=66250411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201800849A RO133284B1 (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Solar concentrator with multiple focal points and stirling motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO133284B1 (en) |
-
2018
- 2018-11-23 RO ROA201800849A patent/RO133284B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RO133284B1 (en) | 2023-04-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2998032C (en) | Integrated solar energy utilization apparatus and system | |
| US7051529B2 (en) | Solar dish concentrator with a molten salt receiver incorporating thermal energy storage | |
| US9705449B2 (en) | Effective and scalable solar energy collection and storage | |
| US20080078435A1 (en) | Mechanical/Thermo-Voltaic Solar Power System | |
| JP2008523593A5 (en) | ||
| Psomopoulos | Solar energy: Harvesting the sun’s energy for a sustainable future | |
| CN105391376B (en) | Solar photovoltaic temperature difference combined power generation device | |
| EA032692B1 (en) | Solar and wind power plant | |
| CN105515529A (en) | V-shaped groove type low-power light concentration solar photovoltaic and photo-thermal integrated device | |
| Burhan et al. | Sustainable cooling with hybrid concentrated photovoltaic thermal (CPVT) system and hydrogen energy storage | |
| CN206290390U (en) | A kind of full spectrum electricity generation system of solar energy | |
| CN102195528A (en) | Concentrating photovoltaic (PV) and thermoelectric combined generating set | |
| CN205545148U (en) | V type slot type low power spotlight solar photovoltaic light and heat integrated device | |
| CN201243261Y (en) | Omnirange high-efficiency concentration solar hydroelectricity integration generating set | |
| RO133284A0 (en) | Solar concentrator with multiple focal points and stirling motor | |
| KR20120123944A (en) | Multi-purpose solar concentrating device | |
| EP2741023A1 (en) | Device for capturing, transferring and converting solar energy for a system for generating electricity, hydrogen and oxygen | |
| TWI360635B (en) | ||
| CN205725653U (en) | Provide multiple forms of energy to complement each other cogeneration concentration photovoltaic system | |
| Kesari et al. | Review of the concentrated solar thermal technologies: challenges and opportunities in India | |
| US20090126718A1 (en) | Method and device for utilizing solar energy | |
| CN2884537Y (en) | High performance solar plant | |
| JP2013221651A (en) | Thermal power generation and hot-water supply device | |
| Guarino | MODELLING, OPTIMIZATION, AND 3E-ANALYSIS OF DISH-STIRLING CONCENTRATING SOLAR POWER SYSTEMS | |
| CN116538035A (en) | Photovoltaic and photo-thermal integrated power generation system with high-temperature solid heat storage function and operation method |