УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ЕЕ ПЕРЕДАЧИ К ПОДЛЕЖАЩЕЙ НАГРЕВУ ПРИЕМНОЙ СРЕДЕ Российский патент 2000 года по МПК F24J2/10 F24J2/52 

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к устройству для улавливания солнечной энергии и передачи этой энергии к подлежащей нагреву приемной среде, расположенной на земле или в космосе, а также к передаче сконцентрированной солнечной энергии на большое расстояние с использованием нагретых слоев стратосферы и термосферы.

Известно авторское свидетельство "Разборный фацетный концентратор солнечной энергии" N 517754, A, МКЛ² F 24 J 3/02, за 1976 год, содержащее множество круглых и расположенных по кругу на некотором расстоянии друг от друга зеркал с тем, чтобы образовать экран, имеющий наружную поверхность, на которую может непосредственно падать солнечное излучение, установленных с возможностью изменения угла наклона и снабженных механизмом поворота угла наклона.

Недостатком данного устройства является низкий КПД из-за слабой концентрации солнечного излучения и невозможность передачи излучения на расстояние.

Задача изобретения - повышения КПД установки за счет повышения температуры концентрированного излучения от "n" - количества зеркал, передаваемых на объект приема, поверхность которых равна поверхности одного зеркала.

Поставленная задача достигается тем, что в известное устройство для улавливания солнечной энергии и передачи этой энергии к подлежащей нагреву приемной среде, содержащее множество круглых и расположенных по кругу на некотором расстоянии друг от друга зеркал с тем, чтобы образовать экран, имеющий наружную поверхность, на которую может непосредственно падать солнечное излучение, установленных с возможностью изменения угла наклона и снабженных механизмов поворота угла наклона, согласно изобретению зеркала расположены горизонтально и каждое из них снабжено механизмом поворота угла наклона. Механизм поворота угла наклона имеет стойку, на которой подвижно укреплены 1/2 часть зубчатого колеса с закрепленным наверху зеркалом и зубчатая передача с приводом движения, зубья которых соединены подвижно.

На фиг. 1 изображен механизм поворота угла наклона; на фиг. 2 - изменение наклона одного зеркала и направление солнечного излечения в различное время суток в точку "m"; на фиг. 3 - общая схема передачи солнечного излучения на объект приема этого излучения с использованием передатчиков излучения; на фиг. 4 - передача солнечной энергии с космического объекта на землю.

Устройство (фиг. 1) содержит зеркала 1, каждое из которых снабжено механизмом поворота угла наклона 2, состоящий из стойки 3, 1/2 части шестерни 4, зубчатой передачи 5 (зубчатая передача с приводом движения на фиг. 1 полностью не приведена), кроме того, при передаче концентрированного излучения на объект 6 приема этого излучения используется передатчик 7 излучения (фиг. 3).

Зеркало 1 имеет плоскую круглую форму, присоединен к 1/2 части шестерни 4 и, совершая возвратно-поступательное движение, зеркала изменяют при этом постоянно угол наклона к солнечному излучению, причем от каждого зеркала 1 отраженное излучение имеет постоянное наклонное направление в центр круга в точку "m" (фиг. 2), которая находится на определенной высоте и не зависит от местонахождения солнца и время суток, причем диаметр точки "m" равен диаметру одного зеркала 1, а так как в данную точку направлены отраженное излучение по наклону от всех зеркал 1 и они расположены по кругу, то в точке "m" они пересекаются и образуют концентрированное излучение с высокой температурой, но после пересечения часть отраженного излучения продолжает свое движение, затем рассеивается в окружающем пространстве, если на его пути не поставить в точку "m" объект приема 6 этого излучения или передатчик 7 излучения, при этом мощность концентрированного излучения зависит от количества зеркал 1 в одном круге, от места расположения установки, так мощность излучения будет больше на экваторе, чем в других, более северных регионах, кроме того, установка может содержать один круг зеркал или несколько, распложенных друг за другом (принцип "матрешки") или несколько кругов зеркал на орбите одного круга.

Механизм поворота угла наклона 2 (фиг. 1) зеркал 1 предназначен для изменения угла падения солнечного излучения на зеркало 1, а значит и угла отражения излучения для создания постоянного направления отраженного излучения в точку "m" в разное время суток.

Механизм работает следующим образом. Солнечное излечение падает на зеркало 1 под углом ≈ 45-135^o, то есть время эксплуатации с ≈ 9 ч до 18 ч, что зависит от продолжительности дня и температуры солнечного излучения, при этом все зеркала 1 синхронно изменяют свой наклон на равное количество градусов по отношению исходного своего наклона, который у каждого зеркала отличается поворотом угла наклона каждого зеркала в пределах 180^o.

Механизм поворота угла наклона 2 содержит стойку 3, присоединенной к горизонтальной плоскости, кроме того к стойке неподвижно присоединены две оси, при этом к верхней оси подвижно присоединена 1/2 часть шестерни 4 с закрепленными наверху зеркалом, а к нижней - зубчатая передача 5 с приводом движения, которые зубьями соединены подвижно. Движение зубчатого колеса 5 в течение часа изменяет наклон зеркала на 15^o, при этом каждая установка может быть присоединена для управления к часовому механизму или к ЭВМ, при наличии комплекса установок.

Устройство работает следующим образом.

Устанавливается время наиболее эффективного использования установки в данной местности, например с ≈ 9 ч до 18 ч, в данный час привод движения приводит в движение зубчатую передачу 5, которая, в свою очередь, при помощи шестерни изменяет положение 1/2 части шестерни 4, а, следовательно, начинается изменение наклона зеркала 1 в течение суток по отношению солнечного излучения с целью концентрации солнечного извлечения в точке "m", на фиг. 2 показано изменение наклона зеркала 1 и направление одного луча излечения в разное время суток в точку "m", при этом от восхода до захода солнца из зеркал 1 образуется экран, на который падает солнечное излучение и, отражаясь, образуют сконцентрированное излучение в точке "m", которая находится в центре круга на определенной высоте, на месте которой размещают объект 6 приема излучения при передатчик 7 излучения, при этом объектом 6 может быть нагреваемый предмет, на которой непосредственно направлено сконцентрированное излучение, обладающее высокой температурой, или в точку "m" помещают передатчик 7 (фиг. 3), он уже направляют сконцентрированное излечение на небольшое расстояние от установки, но может передать на экран следующего передатчика 7, т. е. используется система передатчиков 7 для передачи солнечной энергии из районов, где ее избыток, например, на экваторе в северные районы, с использованием для передачи нагретых слоев стратосферы, термосферы, космоса, при передаче солнечного излучения с использованием передатчиков 7 излучения около земли необходимо учитывать, что при удалении от поверхности земли вверх на 1 км происходит охлаждение воздуха на 6^o, поэтому целесообразно передавать сконцентрированное излучение около земной воздушной среде так как в пустыне Сахара около земное пространство нагревается до 50-56^o и 70-80^o, в пустыне Гоби, которая представляет плоскогорье 900-1200 км температура летом 45-50^o, при этом есть возможность передачи солнечной энергии в долины через систему передатчиков 7 излучения, число которых зависит от рельефа местности и расстояния передачи излучения.

Возможен вариант передачи мощного концентрированного излучения на большие расстояния с использованием стратосферы, термосферы, космоса, в которых тепловая энергия распространяется со скоростью света 299792 ± 04 км/сек в вакууме и ≈ 315300 км/сек на земле, так как свет - электромагнитное излучение солнца, несущее как свет, так и тепло, излучение почти не теряет тепловую энергию, ибо его движение происходит поперек солнечного излучения, что способствует сохранению его температуры, при этом стратосфера имеет температуру 270K и находится на расстоянии от земной поверхности 20 км, а термосфера с температурой 1000K на высоте 800-1000 км, требуется различное количество передатчиков 7 излучения, число которых зависит от кривизны поверхности земли, удаленности от нее, а также от расстояния передачи излучения, выполнены они могут быть в виде спутников земли, космических объектов около солнечной системы, при этом передатчики 7 являются частью космического объекта на некотором расстоянии от него, а зеркала 1 размещаются на поверхности космического объекта, кроме того, передатчик 7 излучения может иметь один экран отражения (передачи) или "n" - их количество, один экран передает излучение на некоторое расстояние от установки, два экрана для передачи на экран следующего передатчика 7 без изменения направления излучения, "n" - количество экранов для корреляции излучения при передаче на экран следующего передатчика 7.

В настоящее время для выработки электроэнергии используют термоядерную, тепловую энергию от сгорания топлива, гидро-ветроэнергию, которые экологически вредны, т.к. возникают проблемы при использовании термоядерной энергии с ядерными отходами, в гидроэнергии перекрытые русла рек и т.д., а в это время на землю поступает ≈ 170 • 10¹⁵ Вт солнечного излучения, использование этой энергии настолько незначительно, что даже не составляет и сотой доли процента, это в основном нагрев воды, сушка и т.д., учитывая, что каждый квадратный километр поля солнечного излучения приносит 10 МВт, предлагается установка с экраном 1 кв. километр зеркал 1 может заменить крупную электростанцию, а при расположении установок по часовому поясу на экваторе, позволит беструбное, беспроводное обеспечение северного полушария земли тепловой энергией, возможен вариант в будущем создания космического объекта в солнечной системе по улавливанию солнечной энергии и ее передачи на землю (фиг. 4).

Предложенная установка требует экспериментальной, научной и технической экспертизы.

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к устройству для улавливания солнечной энергии и ее передачи к подлежащей нагреву приемной среде, расположенной на земле или в космосе, а также к передаче сконцентрированной солнечной энергии на большое расстояние на земле с использованием передатчиков солнечной энергии. Устройство содержит зеркала (или элементы), расположенные горизонтально, каждый из которых снабжен механизмом поворота угла наклона, состоящим из стойки, 1/2 части шестерни, зубчатой передачи с приводом движения, управляемым ЭВМ или часовым механизмом, а также передатчиков излучения солнечной энергии на объект приема этого излучения, кроме того, может использоваться созданный космический объект в солнечной системе для передачи сконцентрированного излучения на землю. Изобретение позволяет повысить КПД устройства. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для улавливания солнечной энергии и передачи этой энергии к подлежащей нагреву приемной среде, содержащее множество круглых и расположенных по кругу на некотором расстоянии друг от друга зеркал с тем, чтобы образовать экран, имеющий наружную поверхность, на которую может непосредственно падать солнечное излучение, установленных с возможностью изменения угла наклона и снабженных механизмом поворота угла наклона, отличающееся тем, что зеркала расположены горизонтально и каждое из них снабжено механизмом поворота угла наклона. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что механизм поворота угла наклона имеет стойку, на которой подвижно укреплены 1/2 часть зубчатого колеса с закрепленным наверху зеркалом и зубчатая передача с приводом движения, которые зубьями соединены подвижно.