بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش طراحی و ساخت سیستم متمرکزکننده سهموی خورشیدی ارایه گردیده که در جهت ذخیره انرژی حرارتی خورشید برای استفاده در آب شیرین کن های تقطیری است. کلیه طراحی این متمرکز کننده خورشیدی با استفاده از نرم افزار کتیا1 و ساخت آن با ورق های آهنی و از طریق دستگاه برش پلاسما CNC صورت پذیرفته است. برای منعکس کننده نور خورشید از ورق استیل براق در ساخت استفاده شده است. گیرنده خورشیدی از یک محفظه جداره مسی که در آن دو لوله مسی بصورت U در مواد تغییر فاز دهنده2 غوطه ور است، تشکیل می شود. این محفظه با رنگ مشکی مقاوم در برابر حرارت پوشش داده می شود.
این متمرکز کننده بر روی دو یاتاقان سوار شده است که برای دریافت بالاترین حد انرژی خورشید، از سمت شرق به غرب بصورت دستی تغییر زاویه انجام می پذیرد. برای جلوگیری از حرکت اضافی که توسط نیروی باد پیش می آید، قفلی دستی طراحی شده است تا بوسیله یک پیم از چرخش بر اثر باد جلوگیری بعمل آید. سپس با محاسبه وزن کل سازه کلکتور، شافت مورد نظر برای تحمل این وزن، محاسبه و طراحی شده است و در نهایت برای ساخت تکیه گاه این متمرکز کننده سهموی از معیار تسلیم وون میسز3 برای محاسبه استحکام نهایی سازه تکیه گاه استفاده می گردد.
.1 مقدمه
متمرکز کننده های سهموی در بین تمام متمرکز کننده های خورشیدی از اهمیت بیشتری برای طیف گسترده ای از کاربردهای تولید آب گرم خانگی [1-2] برای تولید بخار جهت تولید برق [3-4] و تولید حرارت مورد نیاز صنعت [5-6] برخوردار می باشند.
سطح بالای حرارت قابل دریافت از طریق متمرکز کننده های سهموی خورشیدی تنها از طریق ردیابی خورشید از سمت شرق به غرب امکان پذیر است. همچنین ساختار ساده متمرکز کننده های سهموی خورشیدی، یکی از ویژگی های مهم این نوع از متمرکز کننده ها می باشد. یکی از عوامل مهمی که بر عملکرد آنها تاثیر می گذارد دقت در طراحی آنها است . ساختار متمرکز کننده بایددقیقاً برای جذب حداکثر حرارت از نور خورشید طراحی گردد. برخی از عوامل باید در طراحی ساختار متمرکز کننده در نظر گرفته شوندمثلاً نباید عامل وزن متمرکز کننده فراموش گردد و برای مواقعی که نیروی باد در محیط قرارگیری متمرکز کننده باشد، باید قادر به مقاومت در برابر باد باشد.
متمرکز کننده های متداول در ابعاد نیروگاهی و مصارف خانگی ساخته می شوند که متمرکز کننده های نیروگاهی عمدتا ساخت سه تولید کننده اصلی در دنیا یعنی آی اس تی1 ، یورو2 و سولل3 هستند.[7] این متمرکز کننده ها در ابعاد کوچک و در آبگرم کن های خورشیدی یا در آب شیرین کن ها برای مصارف خانگی استفاده می شوند. در هر دو مورد از آینه های سهموی برای انعکاس نور و جذب انرژی خورشیدی استفاده می شود.
با توجه به اهمیت تولید بیشتر آب شیرین و بهره برداری بیشتر از انرژی حرارتی خورشیدی و ذخیره نمودن این انرژی هنگامی که خورشید غروب می کند، از مواد تغییر فازدهنده استفاده می کنند، که در چند سال اخیر به شدت مورد توجه دانشمندان و پژوهشگرانی که در زمینه ی انرژی فعالیت دارند، قرار گرفته است. مواد تغییر فازدهنده موادی هستند که طی فرآیند تغییر حالت از جامد به مایع، انرژی را ذخیره می کنند. این مواد در واقع گرمای نهان را ذخیره می کنند و از پیوند های شیمیایی برای ذخیره و آزادسازی انرژی حرارتی استفاده می کنند
در واقع می توان گفت هرجایی که سخن از حرارت و انرژی باشد، از این نوع مواد برای ذخیره سازی انرژی می توان بهره گرفت. در این پژوهش سعی بر این است که طرحی کاربردی از متمرکز کننده سهموی خورشیدی و همچنین استفاده از مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره نمودن انرژی حرارتی خورشید در بعد از غروب خورشید ارائه گردد. لازم به ذکر است که این محفظه به عنوان جاذب بر روی متمرکزکننده نصب شده است.
.2 طراحی متمرکز کننده سهموی خورشیدی
در این پژوهش، ابتدا طرح انتخابی را با توجه به استانداردهای طراحی متمرکز کننده ها مطابق با شکل.1 در نرم افزار کتیا رسم گردید . در هر مرحله از طراحی قالب، باید مراقب ابعاد و زاویه ها بود، چرا که کوچکترین انحراف در ابعاد و زاویه ها باعث کاهش جذب انرژی حرارتی خورشید و در نتیجه پایین آمدن کارآیی سیستم می گردد. فاصله کانون تا سطح بازتابنده را فاصله کانونی آینه
می نامند.
شکل.- 1 طرح دلخواه محل قرارگیری منعکس کننده.
عرض دهانه متمرکز کننده را برابر d = 90 cm در نظر می گیریم، لذا زاویه لبه متمرکز کننده با خط عمود بر متمرکز کننده 900 می باشد. از فرمول 1 نسبت کانون به عرض متمرکز کننده بصورت زیر محاسبه می گردد: [9 ]
با مرتب سازی و جایگذاری مقادیر در فرمول فوق، فاصله کانون f بدست خواهد آمد :
پس فاصله کانونی در این مقیاس، برابر 22/5 سانتیمتر خواهد بود. باتوجه به اینکه قطر خارجی جاذب برابر 5/4 سانتیمتر می باشد، لذا طول پایه جاذب بصورت زیر محاسبه و طراحی می گردد :
که در آن f ، فاصله کانون و DAbsorber ، قطر جاذب می باشد. با جایگذاری مقادیر، طول پایه جاذب بدست می آید و بصورت شکل.2 در کتیا طراحی می گردد :
در نتیجه طول پایه جاذب از سطح بازتابنده تا زیر لوله جاذب، برابر 19/8 سانتیمتر خواهد بود.
f = 22.5 cm
Lf = 19.8 cm
شکل.- 2 محاسبه فاصله کانونی و طول پایه جاذب.
برای نگهداری بازتابنده بر روی طرح فوق نیز گوشه هایی بصورت شکل.3 طراحی شد که بصورت جوشکاری به شکل فوق متصل می گردند.
شکل.- 3 طراحی گوشه های نگهدارنده بازتابنده.
برای چرخش متمرکز کننده و همچنین قفل آن برای هنگامی که باد وجود دارد نیز شکل.4 طراحی گردیده است که در هنگام وزیدن باد بوسیله یک پیم از حرکت متمرکز کننده جلوگیری بعمل آید.
شکل.- 4 طراحی قفل متمرکز کننده.
طرح های فوق جهت برش پلاسما دستگاه CNC با فرمت dxf ذخیره می شوند. محل قرارگیری منعکس کننده که از جنس استیل 304 می باشد و همچنین گوشه های نگهدارنده را از ورق 8 میلیمتر و پایه جاذب و قفل را از ورق 4 میلیمتر برای برش استفاده نموده و وزن کل سازه کلکتور بهراه منعکس کننده برابر با 48 کیلوگرم یا 471 نیوتن می باشد.
.3طراحی جاذب
برای جاذب از لوله مسی با قطر خارجی 5/4 سانتیمتر و به طول 1 متر استفاده گردید. درون این لوله نیز دو لوله مسی با قطر خارجی 1/25 سانتیمتر بصورت U شکل عبور می نماید. طرفین جاذب هم توسط ورق مسی که در یک طرف محل ورود مواد تغییر فاز دهنده می باشد، بوسیله جوش مس همانطور که در شکل.5 قابل مشاهده می باشد، پوشانده می شود.
