ЭКРАН ДЛЯ СВЕТОТЕПЛОЗАЩИТЫ И АККУМУЛИРОВАНИЯ ЭНЕРГИИ Российский патент 1997 года по МПК E06B9/28 

Изобретение относится к свето- и теплоэкранирующим устройствам и может быть использовано для автоматического регулирования тепловых потоков, термоизоляции аппаратуры, световой и тепловой экранировки космической техники и наземной аппаратуры, в теплообменных устройствах и в экранировании нежилых помещений.

Известна установка для модуляции температуры внутри закрытых объемов, содержащая полый элемент, в котором размещен аккумулирующий агент жидкость, и термическую перегородку, установленную с возможностью перемещения над полым элементом (Патент США N 3450192, кл. F 28 21/00, опубл. 29.04.1968).

Эта установка служит для накопления солнечного тепла и ее ограничением является невозможность автоматического регулирования температуры нагрева аккумулирующего агента.

Известно устройство для автоматического прерывания потока светового или теплового излучения, содержащее светозащитную перегородку и автоматический привод (Заявка ФРГ N 2534594, кл. C 12 B 17/00, опубл. 17.02.1977).

В этом устройстве при попадании потока светового или теплового излучения на фотоприемник или теплоприемник при помощи электронно механического привода производится перемещение защитной перегородки, перекрывающей поток излучения и препятствующей попаданию излучения на вход окуляра фото- или теплоприемника. Данное устройство, однако, не позволяет аккумулировать энергию.

Известны жалюзи для защиты открытых и остекленных проемов зданий, содержащие пластины, установленные в раме, которые выполнены с возможностью автоматического изменения угла поворота пластин, в зависимости от количества солнечной энергии (авт. св. СССР N 339653, кл. E 06 B 9/28, опубл. 25.05.1972).

В этом техническом решении каждая пластина выполнена составной по ширине и толщине из отдельных секций с различными коэффициентами линейного расширения. Достоинство этого устройства -простота конструкции, однако оно не позволяет аккумулировать тепло. В то же время оно служит для пропускания части светового потока внутрь помещения, а во многих областях техники необходимо обеспечить полную экранировку аппаратуры от воздействия светового и теплового потоков.

Наиболее близким техническим решением является экран для свето-теплозащиты и аккумулирования энергии, содержащий раму и полые элементы, каждый из которых установлен в раме с возможностью вращения вокруг своей продольной оси посредством привода, аккумулирующий агент, размещенный внутри полого элемента, причем часть наружной поверхности полого элемента вдоль его продольной оси выполнена с поглощающим покрытием (Заявка Франции N 2523201, кл. E 06 B 9/264, опубл. 16.09.1983).

В этом устройстве поверхность полого элемента, противоположная поглощающему черному покрытию, выполнена прозрачной и закрыта крышкой с образованием зазора между прозрачной поверхностью и крышкой. При повороте полого элемента посредством ручного привода температура изолирующей воздушной прослойки в зазоре поддерживается практически постоянной за счет аккумулирования тепла агентом в полом элементе.

Ограничениями устройства являются: возможность пропускания светового и теплового потока в зазоре между соседними полыми элементами при их повороте; ручное регулирование степени нагрева агента; невозможность автоматического поддержания температуры агента в определенном интервале температур, поскольку постоянной поддерживается температура воздуха в зазоре, а степень нагрева агента определяется углом наклона черной поглощающей плоской поверхности полого элемента к световому потоку.

Задача, решаемая настоящим изобретением, повышение эффективности свето-теплозащиты и обеспечение автоматического регулирования величины отражения и поглощения световой и тепловой энергии.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении настоящего изобретения, -обеспечение полного экранирования потоков светового и теплового излучений, автоматическое термостабилизированное поддержание температуры аккумулирующего агента в интервале температур и упрощение конструкции.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата в известном экране для свето-теплозащиты и аккумулирования энергии, содержащем раму, полые элементы, каждый из которых установлен в раме с возможностью вращения вокруг своей продольной оси посредством привода, аккумулирующий агент, размещенный внутри полого элемента, причем часть наружной поверхности полого элемента вдоль его продольной оси выполнена с поглощающим покрытием, согласно изобретению каждый из полых элементов выполнен в форме цилиндра и сопряжен с соседним цилиндром по образующей цилиндров, причем часть наружной поверхности полого элемента вдоль его продольной оси выполнена с отражающим покрытием, которое относительно продольной оси расположено противоположно поглощающему покрытию, привод выполнен с упорным подшипником, который установлен в раме на продольной оси цилиндра и связан с одним из его оснований, и с направляющими, которые установлены в раме и другом основании цилиндра и выполнены с возможностью преобразования линейного удлинения полого элемента вдоль его продольной оси во вращательное перемещение вокруг этой оси, а коэффициент линейного расширения материала, из которого выполнен полый элемент, выбран большим, чем коэффициент линейного расширения материала рамы.

За счет выполнения экрана из сопряженных полых цилиндров и привода, обеспечивающего автоматическое преобразование линейного удлинения (укорочения) цилиндра вдоль его продольной оси во вращательное движение вокруг этой же оси, удалось решить поставленную задачу с достижением технического результата.

На фиг.1 схематично изображен экран; на фиг.2 -устройство одного полого элемента; на фиг.3 сечение А-А на фиг.2.

Экран (фиг.1) содержит раму 1 и полые элементы 2 (на фиг.1 показаны два сопряженных цилиндра). Аккумулирующий агент 3 (фиг.2, 3) размещен внутри полого элемента 2. В качестве аккумулирующего агента 3 может быть использована в зависимости от области назначения экрана или жидкость с высокой теплоемкостью или газ. Часть наружной поверхности полого элемента 2 (фиг.3) вдоль его продольной оси выполнена с поглощающим покрытием 4 (например, черного цвета).

Каждый из полых элементов 2 (фиг. 1, 2) выполнен в форме цилиндра и сопряжен с соседними цилиндрами по образующей (фиг.1). Часть наружной поверхности полого элемента 2 (фиг.3) вдоль его продольной оси выполнена с отражающим покрытием 5, которое расположено противоположно относительно продольной оси поглощающему покрытию 4.

Привод (фиг. 2) выполнен с упорным подшипником 6 и направляющих 7. Подшипник 6 установлен в раме 1 на продольной оси цилиндра и связан с одним из его оснований. Направляющие 7 установлены в раме 1 и другом основании цилиндра и выполнены с возможностью преобразования линейного удлинения полого элемента 2 вдоль его продольной оси во вращательное движение вокруг этой же оси. Такими направляющими 7 (фиг.2) могут быть, например, резьбовая пара или спиральная канавка в раме 1 и вставленные в нее штифты, закрепленные на цилиндре, и т.п.

Коэффициент линейного расширения материала, из которого выполнен полый элемент 2, выбран большим, чем коэффициент линейного расширения материала рамы 1.

На фиг.1, 2 также показаны: штуцеры 8 для подачи аккумулирующего агента 3 через раму 1 внутрь полого элемента 2; сальник 9 и уплотняющая гайка 10 для обеспечения герметизации аккумулирующего агента 3; резьбовое кольцо 11 для ограничения линейного удлинения полого элемента 2.

На фиг.2 в качестве упорного подшипника 6 показан подшипник скольжения и также показаны входной канал 12 и выходной канал 13 аккумулирующего агента 3 и выпускное отверстие 14.

Работает экран следующим образом.

Все полые элементы 2 (фиг.1) ориентируются в раме 1 одинаковым образом при температуре, соответствующей минимальному удлинению полого элемента 2 в раме 1 для получения с одной ее стороны общей поверхности, состоящей из поглощающих покрытий 4. Эта общая поверхность ориентируется в сторону воздействия потока светового или теплового излучения.

При воздействии излучения происходит нагрев и удлинение полого элемента 2 (фиг.2) и его вращение в направляющих 7 за счет упора в подшипнике 6. Отражающее покрытие 5 при этом повернется в сторону потока излучения и при повышении температуры полого элемента 2 будет вращаться до тех пор, пока не произойдет замещение всей или части площади поглощающих покрытий 4 отражающими покрытиями 5 со стороны рамы 1, ориентированной к потоку светового или теплового излучения. В результате происходит уменьшение нагрева полого элемента 2 и устанавливается тепловой баланс.

В случае охлаждения аккумулирующего агента 3 происходит укорочение полого элемента 2 и его вращение вокруг продольной оси в обратном направлении, при этом поглощающее покрытие 4 займет положение, ориентированное в направлении потока, что вызовет дополнительный нагрев аккумулирующего агента 3.

В случае увеличения или уменьшения интенсивности светового или теплового потока полые элементы 2 функционируют в режиме слежения за интенсивностью, уменьшая или увеличивая, соответственно, суммарную площадь черного поглощающего покрытия 4, тем самым стабилизируя температуру аккумулирующего агента 3.

Интервал температур аккумулирующего агента 3 можно регулировать выбором коэффициента линейного расширения материала, из которого выполнен полый элемент 2, шагом направляющих 7, например, шагом резьбы, а также соотношением площадей поглощающего покрытия 4 и отражающего покрытия 5.

В случае использования устройства только для отражения теплового потока отражающее покрытие 5 может быть выполнено из металла с подслоем материала с высокими теплоизоляционными характеристиками или непосредственно из материала с низкой теплопроводностью, а в случае использования устройства для отражения светового потока отражающее покрытие 5 может быть выполнено зеркальным.

Аккумулирующий агент 3, имеющий практически постоянную требуемую температуру, в зависимости от области использования устройства может быть направлен различным потребителям. В случае термостатирования экран имеет то преимущество, что усредненная температура внутренней поверхности стенок полого элемента 2 остается практически постоянной при воздействии внешних, различных по интенсивности источников световых и тепловых потоков.

Таким образом, конструкция экрана позволяет полностью исключить попадание светового или теплового потока за его поверхность, ориентированную от потока, а также стабилизировать температуру аккумулирующего агента и упростить устройство.

Наиболее успешно заявленный экран может быть использован для свето- и теплоизоляции аппаратуры, термостатирования, а также в теплообменных устройствах, в которых требуется постоянство температуры аккумулирующего агента.

Экран для свето-теплозащиты и аккумулирования энергии может быть использован для свето- и теплоизоляции аппаратуры, в теплообменных устройствах и позволяет получить аккумулирующий агент с постоянной температурой. Экран содержит полые элементы в виде цилиндров, установленные в раме с возможностью вращения вокруг продольной оси. Наружная поверхность каждого цилиндра выполнена с отражающим и поглощающим покрытием. Привод выполнен с упорным подшипником и направляющими с возможностью преобразования линейного удлинения полого элемента во вращательное движение вокруг его продольной оси. Коэффициент линейного расширения материала, из которого выполнен полый элемент, выбран большим, чем коэффициент линейного расширения материала рамы. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Экран для светотеплозащиты и аккумулирования энергии, содержащий раму, полые элементы, каждый из которых установлен в раме с возможностью вращения вокруг своей продольной оси посредством привода, аккумулирующий агент, размещенный внутри полого элемента, причем часть наружной поверхности полого элемента вдоль его продольной оси выполнена с поглощающем покрытием, отличающийся тем, что каждый из полых элементов выполнен в форме цилиндра и сопряжен с соседним по образующей цилиндров, причем часть наружной поверхности полого элемента вдоль его продольной оси выполнена с отражающим покрытием, которое относительно продольной оси расположено противоположно поглощающему покрытию, привод выполнен с упорным подшипником, который установлен в раме на продольной оси цилиндра и связан с одним из его оснований, и с направляющими, которые установлены в раме и другом основании цилиндра и выполнены с возможностью преобразования линейного удлинения полого элемента вдоль его продольной оси во вращательное перемещение вокруг этой оси, а коэффициент линейного расширения материала, из которого выполнен полый элемент, выбран большим, чем коэффициент линейного расширения материала рамы. 2. Экран по п.1, отличающийся тем, что отражающееся покрытие выполнено зеркальным. 3. Экран по п.1, отличающийся тем, что отражающее покрытие выполнено из теплоизоляционного материала.