عنوان اختراع: دستگاه توليد كننده همزمان برق و حرارت با تلفيق سيستم‌ فوتولتائيك و آب گرمكن‌ خورشيدي زمينه فني اختراع: اختراع مربوط به، طراحي و پياده سازي دستگاهي براي بهبود عملكرد الكتريكي سيستم‌هاي فوتوولتائيك در درجه اول و توليد آب گرم جهت مصارف خانگي به واسطه روش بهينه سازي انتخاب شده است. مشكل فني و خلاصه اختراع: نگراني‌هاي زيست محيطي ناشي از رشد روز افزون مصرف منابع فسيلي به عنوان سوخت و كاهش سهم اين منابع در تأمين مواد اوليه صنعت، سبب شده تا پژوهشگران به ضرورت تغيير منابع انرژي جهان به سمت بهره برداري از منابع انرژي پايدار، پي ببرند. توسعه پايدار تكنولوژي انرژي‌هاي تجديد‌پذير؛ فرصت‌هاي جديدي را به روي بهره برداري از منابع انرژي تجديد‌پذير گشوده است به طوري كه انرژي خورشيدي به عنوان غني‌ترين و تميز‌ترين منبع انرژي تجديدپذير در ميان ساير منابع انرژي تجديد‌پذيربسيار مورد توجه قرار گرفته است. در سال‌هاي اخير استفاده از اين انرژي با بهره گيري از تكنولوژي فوتوولتائيك توسعه زيادي داشته است. از جمله فاكتورهايي كه مانع از پياده‌سازي وسيع سيستم‌هاي فوتوولتائيك شده است، شامل: 1) هزينه اوليه بالا، 2) راندمان پايين الكتريكي 3) عدم آشنايي با اين سيستم‌ها است. از اين رو نياز به مطالعه براي افزايش راندمان سلول‌هاي فوتوولتائيك و اقتصادي‌‌كردن اين سيستم‌ها يكي از بهترين راه‌ها براي رفع اين موانع به شمار مي‌آيد، به طوري كه تا به حال تلاش‌هاي زيادي در اين زمينه صورت گرفته است. از جمله اين تلاش‌ها، افزايش راندمان الكتريكي با كاهش دماي سلول هاي خورشيدي است كه اين مورد اساس به كاربردن سيستم‌هاي تركيبي فوتوولتائيك- حرارتي ( PVT) را تشكيل مي‌دهد. اما تاكنون اين تلاش‌ها علي‌رغم در برداشتن هزينه‌ي بالا، تأثير بسيار اندكي را روي افزايش راندمان الكتريكي اين سيستم‌ها داشته است. استفاده از بازتابنده‌هاي مناسب و نصب آنها درآرايشي صحيح نسبت به سيستم تركيبي فوتوولتائيك سبب افزايش شدت تابشي دريافتي از سوي پانل خورشيدي مي‌شود. اين ايده مي‌تواند از يك سو با افزايش توان الكتريكي توليدي و از سوي ديگر، با جذب حرارت بيشتر در حين خنك‌كاري بهبود عملكرد سيستم‌هاي تركيبي فوتوولتائيك را درپي‌ داشته باشد و براي خنك‌كاري مناسب پانل فوتوولتائيك، استفاده از يك كانال مسطح در زير آن علاوه بر اينكه مانع از دريافت پرتوهاي خورشيدي نمي‌شود، بلكه مي‌تواند خنك‌كاري را با يك چنين شرايط تابشي ايجاد شده به خوبي پشتيباني نمايد. قرار دادن يك سري كلكتور خورشيدي پربازده دركنار يك چنين سيستم تركيبي‌ و پيش‌گرمايش سيال ورودي به آن با كمك حرارت توليدي سيستم تركيبي، ايده ديگري است كه براي بالا بردن ارزش اكسرژتيك حرارت توليدي سيستم‌هاي تركيبي ارائه مي‌گردد. درنهايت با به كار بستن ايده ‌هاي فوق سيستمي طراحي وساخته شد كه نتايج به دست آمده از تست آن نشان مي‌دهد كه اين سيستم عملكرد بهتري نسبت به سيستم‌هاي موجود دارد و مي‌تواند پاسخ مناسبتري به مشكلات بيان شده بدهد.

نيروگاه دودكش خورشيدي شناور يكي از فناوري‏ هاي جديد در زمينه انرژي‏ هاي تجديدپذير براي توليد توان الكتريكي بوده كه شامل سه جزء اصلي جمع‏ كننده خورشيدي، واحد تبديل توان و دودكش شناور (سازه لوله ‏اي شكل با جداره حاوي گاز سبك كه كل دودكش را در حالت معلق در هوا نگه مي دارد) مي‏ شود. اگرچه نمونه‏ هاي پژوهشي و تجاري از نيروگاه دودكش خورشيدي (با دودكش ثابت بتني يا فلزي) در سطح جهان طراحي و ساخته شده است؛ در اين اختراع به دليل مزاياي و عملكرد موثر نيروگاه دودكش خورشيدي شناور از نظر كاهش هزينه ساخت و بهره‏برداري، عدم تأثير از زلزله و عملكرد بهينه در برابر باد خارجي، نيروگاه پايلوت با شعاع و ارتفاع متوسط جمع‏ كننده به ترتيب 4 متر 0/1 متر و شعاع داخلي و ارتفاع دودكش به ترتيب برابر 0/6 متر و 8 متر طراحي و براي اولين بار ساخته شده است. بازده نوع شناور در مقايسه با نوع ثابت بيشتر بوده و از نظر اقتصادي اين نوع نيروگاه به عنوان تنها گزينه فناوري‏ هاي تجديدپذير در رقابت با فناوري‏ هاي سنتي توليد توان برشمرده مي‏ شود. با توجه به ذخيره‏ سازي طبيعي انرژي در بستر جمع كننده به عنوان انباره گرمايي، اين نيروگاه با كمترين هزينه، توانايي توليد توان 24 ساعته را دارا مي‏باشد.

كلكتور ذخيره اي يكپارچه صفحه تخت حاوي مواد تغيير فاز دهنده به منظور ذخيره سازي انرژي حرارتي خورشيد و كاهش تلفات آن در مقياس آزمايشگاهي طراحي و ساخته شده است. در اين كلكتور يكپارچه از مواد تغيير فاز دهنده كه داراي ظرفيت گرمايي بالا ناشي از تغيير فاز ميباشند به منظور ذخيره سازي حرارت در يك بازه دمايي مشخص استفاده گرديده است. به دليل اينكه در يك بازه دمايي مشخص فرايند تغيير فاز رخ ميدهد در نتيجه نرخ تغييرات دما كم بوده و تلفات حرارتي صفحه جاذب نسبت به حالت معمول كمتر ميگردد، كه اين امر سبب ميگردد بازدهي بيشتري نسبت به كلكتورهاي هم رده خود داشته باشد. با توجه به ضريب رسانش حرارتي پايين مواد تغيير فاز دهنده از فوم فلزي براي بهبود انتقال حرارت و ضريب رسانش حرارتي استفاده شده است. همچنين براي يك حجم مشخص بيش از دو برابر انرژي حرارتي نسبت به سيستم¬هاي رايج در خود ذخيره سازي مي كند. از جمله مشكلات مهم ميتوان به دسترسي به فوم فلزي و همچنين عبور لوله هاي سيال خنك كن از آن اشاره داشت.

دست يابي تجربي به احتراق اشتعال تراكمي با واكنش‌پذيري كنترل‌شده گاز / ديزل و گاز/ بيوديزل زمينه فني: مهندسي مكانيك توجه به افزايش روز افزون قيمت سوخت هاي فسيلي به همراه كاهش منابع آنها و نيز شديد تر شدن قوانين مربوط به گازهاي آلاينده حاصل از احتراق در موتورهاي احتراق داخلي، دست يابي به نوع جديدي از احتراق كه بتواند مصرف سوخت و نيز مقادير آلاينده ها را همزمان كاهش دهد، از اهميت خاصي برخوردار است. اخيراً مفهوم جديدي از احتراق در موتورهاي احتراق داخلي معرفي شده است كه به احتراق دما پايين معروف است. در اين نوع احتراق با استفاده از تركيب مخلوط پيش آميخته به همراه احتراق اشتعال تراكمي احتراقي با دماي پايين كه منجر به كاهش آلاينده ها و نيز مصرف سوخت مي گردد، حاصل مي گردد. در اختراع حاضر، براي اولين بار در كشور يك موتور تك استوانه در حالت احتراق اشتعال تراكمي با واكنش پذيري كنترل شده (RCCI) براي سوخت هاي گاز/ديزل و گاز/ بيوديزل بصورت آزمايشگاهي راه اندازي شد. نتايج راه اندازي موتور در اين حالت احتراقي نشان مي دهد كه مصرف سوخت و آلاينده هاي NOx و PM به شدت كاهش مي يابند.

اجاق و آبگرمكن خورشيدي ترموسيفوني توامان نياز به انرژي‏هاي تجديد‏پذير با توجه به روند مصرف انرژي و كاهش منابع فسيلي و آلودگي ناشي از مصرف بي‏رويه آن‏ها، از ضرورت‏هاي كلان اجراي پروژه‏ در زمينه انرژي خورشيدي مي‏باشد. با توجه به شرايط كنوني جوامع و نياز به سامانه‏هايي شامل امكانات مختلف در يك مجموعه واحد، هدف از پژوهش حاضر، تركيب دو سامانه اجاق و آبگرمكن خورشيدي بوده كه در آن با توجه به كاربرد اجاق در ساعات معدودي از روز، در ساير ساعات جهت تهيه آبگرم مصرفي بهره برده مي شود. عملكرد ترموسيفوني سامانه، موجب مي شود كه نيازي به پمپ در چرخه ترموديناميكي دستگاه نبوده و لذا نيازي به توان الكتريكي براي بهره گيري از سيستم نمي باشد. تنها منبع تأمين انرژي اين سامانه خورشيد بوده و قابليت حمل و استفاده در نقاط مختلف را نيز دارا مي‏باشد، و مي‏توان از آن به عنوان گزينه‏اي قابل توجه جهت تأمين نياز به آبگرمكن و اجاق(بدون نياز به گاز و يا برق) در مناطقي كه فراهم كردن ساير منابع انرژي از لحاظ هزينه توجيه پذير نمي‏باشد، ياد نمود. همچنين استفاده از سامانه موردنظر در ساير مناطق نيز ضمانت‏گر تأمين انرژي پاك و جنبه‏هاي منحصربفرد زيست محيطي خواهد بود.

خلاصه اختراع حاضر در رابطه با ساخت يك دستگاه خنك كاري با جوشش استخري مي باشد. اين دستگاه براي اولين بار در دانشگاه صنعتي اميركبير ساخته و تست شده است. قابليت ويژه اين دستگاه توان خنك كاري بسيار بالاي آن در دماي ثابت مي باشد كه از اهميت بالايي در خنك كاري چيپ هاي ابررايانه ها و قطعات الكترونيكي دارد. خنك كاري با جوشش استخري يكي از روش هاي نوين خنك كاري مي باشد كه در دهه اخير بسيار مورد توجه محققان قرار كرفته است. مبناي اين روش تغيير فاز يك ماده از مايع به گاز مي باشد. با توجه به اين كه فرآيند تغيير فاز در اين حالت گرماگير است، مي توان از گرماي قطعه براي تغيير فاز استفاده نمود. به دليل بالا بودن گرماي نهان تبخير مي توان گرماي بسيار زيادي را با اين روش جذب كرد و با توجه به ثابت بودن دما در فرآيند تغيير فاز، دماي قطعه مستقل از ميزان گرماي توليدي آن، تقريبا ثابت باقي مي ماند. لذا اگر دماي تغيير فاز پايين باشد، دماي قطعه از حد مجاز تجاوز نخواهد كرد. در اين دستگاه از ماده تري كلرو تري فلوئورو اتان ( 113 - R )كه دماي جوش آن ۴٧ درجه سانتيگراد مي باشد، استفاده شده است. دستگاه حافر قابليت خنك كاري تا ٣٠٠ وات حرارت توليدي (معادل ١٢٠ كيلووات بر مترمربع)را داراست. علاوه بر اين، دستگاه حاضر امكان استفاده از حرارت قطعه را براي گرم كردن ساير نقاط محيط را فراهم مي كند، كه به نوبه خود باعث كاهش هدررفت انرژي مي شود.

شيرهايترموستاتي - شيرهاي پروانه داري كه براي كنترل شدت جريان سيال خنك كن ورودي به رادياتور استفاده شده و به صورت الكتريكي كنترل مي شوند - دراي ويژگي هاي منحصر به فردي مي باشند. اين شيرهاي ترموستاتي هر چند داراي طراحي پيچيده تر و هزينه ساخت در مدت زمان كوتاهي توجيه اقتصادي خود را كوتاهي توجيه اقتصادي خود را پيدا مي كنند. اين شيرها به دو گونه تقسيم مي شوند نوع اول مانند ترموستاتهاي متعارف فقط مسير اصلي بين موتور و رادياتور را كنترل مي كند ولي نوع ديگر علاوه بر مسير اصلي مسير فرعي را نيز كنترل مي كند. اين نوع بسيار كاراتر مي باشد زيرا به عنوان مثال زماني كه مسير اصلي كاملا باز است مسير فرعي كاملا بسته و تمام جريان از درون رتدياتور عبور مي كند و دماي سيال خنك كن زودتر به مقدار معين مي رسد. بنابراين در اين پروژه نوعي كه هر دو مسير را به صورت همزمان كنترل مي كند مدل سازي شده و مورد آزمايش قرار گرفته است. يكي از مهمترين قسمتهاي طراحي اين شيرها، طراحي حوزه آبگير آنها مي باشد، كه منحني ديواره دروني آبگير تعيين كننده نسبت جريان ورودي به مسير اصلي يا فرعي مي باشد. در اين پروژه روشي كارآمد براي طراحي بخش مذكور تشريح شده است.