СОЛНЕЧНЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F24J2/10 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к устройствам для подогрева жидкостей в станционарных емкостях, оттаивания льда и мерзлого грунта в скважинах.

Известна конструкция солнечного нагревателя (см. авт.св. N 1615484, кл. F 24 J 2/10), содержащая теплоприемник и концентратор в виде неподвижного полусферического отражателя, снабженного контротражателем. Последний используется с целью обеспечения максимально-возможного захвата лучей при положении солнца в надире, имеет форму шарового сегмента и является продолжением отражателя. Теплоприемник, расположенный в фокальной поверхности концентратора, представляет собой изогнутую трубку с диаметром, соответствующим каустики отражателя и изогнутую по траектории движения каустики отражателя.

К недостаткам этой установки следует отнести необходимость подачи подогреваемой жидкости в теплоприемник, являющийся конструктивным элементом устройства, и удаление из него жидкости при достижении ею определенной температуры, что предлагает использование специального оборудования. Описанный солнечный нагреватель нельзя использовать для подогрева жидкости непосредственно в стационарной емкости, оттаивания льда или мерзлого грунта в скважине. Кроме этого, мощность установки ограничена ее размерами. При необходимости невозможно существенно увеличить мощность, не меняя размеров основных конструктивных элементов.

Предлагаемое изобретение позволяет расширить функциональные возможности солнечного нагревателя, регулировать мощность установки в достаточно широких пределах.

Результат достигается тем, что солнечный нагреватель, состоящий из отражателя и контротражателя, имеющего формулу шарового сегмента, дополнительно снабжен двумя и более отражателями, имеющими форму шарового сегмента. Отражатель и контрожатель установлены с возможностью изменения взаимного расположения, а контротражатель находится в фокусной зоне отражателей.

Предлагаемая конструкция солнечного нагревателя отличается от известной по характеру оптической связи. Контротражатель устанавливается в зоне, в пределы который попадают фокусы всех отражателей таким образом, чтобы нагреваемая поверхность теплоприемника оказалась в пределах его фокальной зоны. Оптическая связь такого вида обеспечивает возможность использования для захвата и передачи лучей не одного, а нескольких отражателей. Конструкция установки, реализующей такую оптическую связь, предусматривает использование стоек, соединяющих контротражатель с шарнирными опорами, на которые устанавливаются отражатели, поперечин, соединяющих между собой опоры, шарнирных соединений между контротражателем и стойками, фиксаторов, с помощью которых стойки крепят к опорам. Поперечны и стойки выполняют в виде телескопических трубок, длина которых регулируется посредством резьбовых соединений. Конструкция будет устойчивой при использовании отражателей в количестве трех и более. Используемых конструктивные приемы дают возможность менять положение фокусных точек в зависимости от того, на каком уровне относительно основания опор отражателей расположена рабочая поверхность нагревателя. Подвижность основных элементов установки при подготовке к ее работе позволяет изменять в достаточно широких пределах положение зон концентрации солнечной энергии. При этом появляется возможность использовать в качестве теплоприемника скважины и различные стационарные емкости с целью оттаивания льда и мерзлого грунта, во-первых, и подогрева жидкости, во-вторых, что значительно расширяет функциональные возможности заявляемого устройства по сравнению с прототипом. Используемая в данном случае система оптических связей позволяет размещать вокруг теплоприемника несколько отражателей. При этом появляется возможность регулировать мощность солнечного нагревателя, убирая или добавляя дополнительные отражатели.

На фиг. 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 ее рабочее состояние над скважиной; на фиг. 3 рабочее состояние при подогреве жидкости в стационарной емкости.

Основными элементами предлагаемой конструкции солнечного нагревателя являются отражатели 1 и контрожатель 2, выполненные в виде одинаковых шаровых сегментов с внутренней зеркальной поверхностью. Контротражатель 2 с помощью шарнирных креплений 3 соединяется с верхними концами стоек 4 таким образом, чтобы его зеркальная поверхность была обращена к поверхности теплоприемника 5 и удалена от нее на фокусное расстояние. Отражатели 1 размещаются вокруг теплоприемника 5 на шарнирных опорах 6, позволяющих регулировать угол наклона оптической оси в зависимости от положения контротражателя 2, расположенного в области концентрации солнечной энергии, в пределах которой пересекаются оптические зоны всех отражателей 1. Нижние части стоек выполняются в виде телескопических трубок с резьбовыми соединениями, что позволяет регулировать их длину в тех случаях, когда поверхность теплоприемника 5 расположена выше уровня основания опор 6. Стойки 4 крепятся к опорам с помощью фиксаторов 7. Поперечины 8, представляющие собой телескопические трубки с резьбовыми соединениями, фиксируют положение опор 6, тем самым обеспечивая жесткость конструкции в рабочем состоянии.

Подготовка установки к работе включает в себя следующую последовательность операций. Контротражатель 2 с помощью шарнирно соединенных с ним стоек 4 устанавливается над теплоприемником 5 таким образом, чтобы рабочая поверхность теплоприемника оказалось в пределах зоны концентрации солнечной энергии. Затем за стойками размещаются опоры 6 с шарнирно закрепленными на них отражателями 1. В тех случаях, когда поверхность теплоприемника 5 располагается ниже поверхности, на которую устанавливаются опоры 6, последние последовательно отодвигаются от поглотителя в радиальном направлении с одновременной корректировкой положения оптических осей отражателей 1 до тех пор, пока их фокусы не окажутся в оптической зоне контротражателя 2. В тех случаях, когда поверхность теплоприемника 5 располагается в уровне опор 6 или выше его, поступают следующим образом. Опоры 6 размещают вокруг теплоприемника 5. Регулируя длину стоек 4, последовательно поднимают опоры 6 с одновременной корректировкой положения оптических осей отражателей 1 до тех пор, пока их фокусы не окажутся в оптической зоне контротражателя 2. На заключительном этапе сборки к опорам 6 с помощью фиксаторов 7 крепят стойки 4, а между ними устанавливают поперечны 8.

Работает установка следующим образом. Солнечный свет попадает на отражатели 1, установленные на опорах 6, и, отражаясь от их вогнутой зеркальной поверхности, фокусируется в непосредственной близости от контротражателя 2. Небольшое расстояние между фокусами и поверхностью контротражателя или теплоприемника должно обеспечивать рассеивание лучей в пределах оптической поверхности контротражателя или рабочей поверхности теплоприемника. Предусматривается оно с целью повышения срока эксплуатации контротражателя и передачи тела теплоприемнику более равномерного потока излучения.

К достоинствам предложенной конструкции можно отнести следующее.

Используемая система оптических связей позволяет размещать вокруг теплоприемника несколько отражателей. При этом появляется возможность регулировать мощность установки в достаточно широких пределах, убирая или добавляя отражатели.

Использование в качестве соединительных элементов и элементов, обеспечивающих устойчивость и жесткость конструкции, телескопических трубок и шарнирных соединений дает возможность при подготовке установки к работе менять положение зон, в пределах которых концентрируется солнечное излучение, а вследствие этого нагревать поверхности, расположенные над основанием опор, в уровне их основания или ниже его. Предлагаемая установка в силу своих конструктивных особенностей позволяет в качестве телоприемника использовать скважины и стационарные емкости с целью оттаивания льда и мерзлого грунта, во-первых, и подогрева жидкости, во-вторых. Это значительно расширяет функциональные возможности предложенного солнечного нагревателя по сравнению с известными.

Использование: для подогрева жидкости в любой стационарной емкости или оттаивания льда и мерзлого грунта в скважине. Основными элементами установки являются шаровые сегменты с зеркальной поверхностью. Оптическая связь между ними позволяет в процессе сборки изменять положение зоны концентрации солнечной энергии и регулировать мощность установки. 3 ил.

Солнечный нагреватель, состоящий из отражателя и контротражателя, имеющего форму шарового сегмента, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя и более отражателями, имеющими форму шарового сегмента, отражатели и контротражатель установлены с возможностью изменения взаимного расположения, а контротражатель находится в фокусной зоне отражателей.