АВТОГЕЛИОУСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F24J2/38 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к гелиоустановкам и может быть использовано во всех отраслях хозяйства, в которых по климатическим условиям существует экономическая целесообразность утилизации солнечной энергии с помощью стационарных гелиоколлекторов.

Известно значительное множество гелиоустановок, содержащих гелиоколлектор (приемник) с рефлектором, концентрирующим на приемнике лучевую энергию солнца, трубопроводы, арматуру, конденсатор, теплообменник и другие узлы, обеспечивающие ту или иную форму использования преобразованной тепловой энергии солнца (Авт.Св. СССР N 1456715, кл. F 24 J 2/08; 1456716, кл. F 24 J 2/10; 1474398, кл. F 24 J 2/42; 1474399, кл. F 24 J 2/42).

Все известные аналоги характеризуются либо отсутствием узлов, обеспечивающих ориентацию установки на солнечный диск, либо обеспечением ориентации с помощью двигателей, расходующих невосполнимую энергию и имеющих сложное устройство.

Прототипом предлагаемого изобретения может быть гелиоустановка, содержащая расположенные на каркасе трубчатые приемники лучевой энергии с плоскими отражателями, образованными гибкой лентой, обтянутой грузом и попеременно огибающей приемники и опорные стержни, причем ориентация этой системы на солнце обеспечивается в зенитальном направлении приводом, изменяющим положение каркаса по отношению к опорной раме гелиоустановки (Авт. Св. СССР N 1474396, кл. F 24 J 2/38, 2/06).

Основными недостатками прототипа являются использование приводом невосполнимой энергии, обеспечение ориентации только в зенитальном направлении и сложность устройства привода, который по этой причине только декларируется, но никак не определен, даже не определен принцип его опорных реакций.

Целью предлагаемого изобретения является повышение КПД гелиоустановки за счет автоматической ориентации ее узлов на солнце без использования невосполнимой энергии.

Поставленная цель достигается использованием прецизионно возрастающего или убывающего жидкостного груза и храпового механизма со спиральными и цилиндрическими пружинами.

На фиг.1 показана схема профильного вида автогелиоустановки с частичными сечениями в профильной плоскости; на фиг. 2 - схема вертикального разреза храпового механизма; на фиг. 3 - принципиальный план зацепления храпового механизма.

Предлагаемая автогелиоустановка содержит гелиоколлектор в виде цилиндра приемников 1, сообщающихся с верхним баком 2 и нижним баком 3, закрепленными неподвижно в скобе 4. Нижняя головка скобы 4 имеет ось 5 (нормальную к плоскости фиг.1), вращающуюся в подшипниках 6 стоек 7.

На осевой линии цилиндра приемников 1 расположены патрубки горячей воды 8, пара 9 и холодной воды 10, относительно которых вращается рефлектор 11 (изображен условно) и храповая шестерня 12. Между рефлектором 11 и храповой шестерней 12 расположена спиральная пружина 13, прикрепленная внутренним концом к патрубку 10, а внешним концом к обечайке 14 рефлектора 11. Обечайка 14 имеет упор 15, упирающийся в подвижный (утапливающийся) упор 16, расположенный на храповой шестерне 12 и имеющий дубликат, отстоящий на угол 180^o по окружности шестерни 12.

Шестерня 12 входит в специальное храповое зацепление с храповыми колесами 17, одинаковыми, но расположенными встречно друг другу. Паразитная шестерня 18 служит для равномерного распределения усилий в данном храповом механизме. Колеса 17 не вращаются, а имеют возможность скользить в осевом направлении по корпусам подшипников 6 и шестерням 12, 18 цилиндрическими пружинами 19. Ось 5 скреплена с внутренними концами спиральных пружин 20, внешние концы которых закреплены на корпусах подшипников 6, и расположена на местности по линии восток-запад, причем одна половина ее полая (западная, на фиг. 1), а вторая половина несет жестко посаженный шкив 21, на котором закреплен и намотан трос 22, удерживающий емкость 23, имеющую плавающий слив 24 и фиксатор 25.

Патрубок пара 9 теплоизолированным гибким шлангом 26 соединен с теплообменником 27, откуда охлажденный конденсат поступает через вентиль 28 в резервуар 29 с калиброванным патрубком 30, имеющим приемную чашу 31 расчетной емкости. Резервуар холодной воды 32 соединен с резервуаром 29 трубопроводом 33, а с полой частью оси 5 - трубопроводом 34 через сальниковое уплотнение 35.

Подвижная часть установки, опирающаяся на ось 5, уравновешена противовесом 36. Клин 37, расположенный на восточной стойке 7, служит для утапливания упора 16 на шестерне 12.

Предлагаемая автогелиоустановка работает следующим образом. Утром, к восходу солнца цилиндр приемников 1 расположен вертикально, рефлектор 11 направлен на восток, емкость 23 находится в верхнем положении, в теплообменнике 27 имеется конденсат, накопившийся за вторую половину предыдущего дня. Оператор открывает вентиль 28 и конденсат начинает поступать через патрубок 30 в емкость 23, наполняя постепенно мерную чашу 31 для создания постоянного давления струи, так как после наполнения мерной чаши 31 лишняя жидкость по трубопроводу 33 стекает в стационарный резервуар 32. Емкость 23 постепенно тяжелеет от поступающей в нее жидкости и нарушает равновесие системы, начиная наклонять подвижную часть установки в меридиональной плоскости, проходящей через точку апогея солнца. При этом лучи поднимающегося солнца всегда перпендикулярны полуцилиндру приемников 1. Одновременно шестерня 12, обкатываясь по восточному колесу 17 ( и отталкивая западное колесо 17), вращает рефлектор 11 в азимутальном направлении, сохраняя его ориентацию на солнечный диск.

Система рассчитана так, что при достижении солнцем точки апогея скоба 4 и емкость 23 достигают крайнего положения, при котором расположенная на них арматура перекрывает вентиль 28 и включает слив 24, оказавшийся к этому времени в фиксаторе 25, так как он всплывал по мере наполнения емкости.

Вследствие этих переключений начинается постепенное освобождение емкости 23 от жидкости, сливающейся в резервуар 32, и обратное движение скобы 4 в исходное положение за счет раскручивания спиральных пружин 20. При этом шестерня 12 обкатывается уже по западному колесу 17, отталкивая восточное колесо, т.е. шестерня 12 продолжает вращаться по часовой стрелке, если смотреть сверху, не прекращая азимутальную ориентацию рефлектора 11 на снижающееся солнце, пока не повернет рефлектор 11 на запад. При этом клин 37 окончательно утопит упор 16 на шестерне 12, упор 15 на обечайке 14 рефлектора 11, освободится и пружина 13 возвратит рефлектор 11 с исходное положение т. е. развернет его на восток, закончив дневной цикл работы установки. Слив 24 при этом выключается от посадки на дно емкости 23.

В первой половине дня образующийся в баке 2 пар поступает в теплообменник 27, пополняя конденсатом систему нагружения емкости 23. Во второй половине дня образующийся конденсат идет в запас на обеспечение следующего цикла работы.

Поскольку расположенное низко над горизонтом солнце дает незначительное количество лучистой энергии, то периодическую регулировку зенитального перемещения цилиндра приемников 1 с рефлектором 11 в зависимости от изменения угла положения апогея солнца над горизонтальном можно производить за счет нарушения вертикальности цилиндра приемников 1 в начальное время дневного цикла, приняв строго вертикальное положение, например только на периоды весеннего и осеннего равноденствия.

Для более точного азимутального направления на солнце рефлектора 11 выбирают наиболее подходящий рабочий участок характеристики спиральных пружин 20, а также учитывают возможность применения храпового зацепления с переменным радиусом ведомого колеса 12.

В отличие от прототипа предлагаемая автогелиоустановка содержит пружинно-храповой механизм, приводимый в движение жидкостным грузом переменной величины и обеспечивающий постоянную ориентацию на солнце полуцилиндра приемников солнечной энергии и вращающегося относительно цилиндра приемников рефлектора-концентратора солнечных лучей.

Применение данного изобретения позволит заметно повысить КПД гелиоустановок, использующих жидкости, в частности воду в качестве рабочего теплоносителя, за счет более точной ориентации приемников и рефлектора на солнце без расхода невосполняемой энергии.

Автогелиоустановка предназначена для утилизации солнечной энергии. Автогелиоустановка содержит гелиоколлектор в виде цилиндра приемников (1) с рефлектором (11) и механизм их ориентации на солнце с приводом. Механизм ориентации содержит храповые колеса (17), спиральные (20) и цилиндрические (19) пружины, неподвижный (15) и подвижный (16) упоры. Все зенитально и азимутально подвижные узлы и детали смонтированы на скобе (4) с противовесом (36). Привод содержит емкость (23) со сливом (24) и фиксатором (25) слива. Емкость (23) расположена с возможностью наполнения ее жидкостью из стационарного резервуара (29) с калиброванным патрубком (30) и мерной чашей (31). Емкость (23) подвешена на тросе (22), намотанном и закрепленном на шкиве оси скобы (4). Изобретение позволяет повысить КПД гелиоустановки за счет автоматической ориентации ее узлов. 3 ил.

Автогелиоустановка, содержащая расположенные на стойках основания цилиндр приемников с рефлектором и механизм их ориентации на Солнце с приводом, отличающаяся тем, что механизм ориентации содержит храповые колеса, спиральные и цилиндрические пружины, неподвижный и подвижный упоры, причем все зенитально и азимутально подвижные узлы и детали смонтированы на скобе с противовесом, а привод содержит емкость со сливом и фиксатором слива, расположенную с возможностью наполнения ее жидкостью из стационарного резервуара с калиброванным патрубком и мерной чашей и подвешенную на тросе, намотанном и закрепленном на шкиве оси упомянутой скобы.