КРУПНЫЙ МОДУЛЬ ПРИЕМНИКА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ОКНО ДЛЯ МОДУЛЯ ПРИЕМНИКА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК F24J2/04 F24J2/34 

Изобретение относится к области солнечной энергетики, в частности к центральным приемникам оптического излучения, содержащим оптическую систему концентрации.

Центральный приемник солнечного излучения принимает концентрированное световое излучение при очень высоких температурах, приблизительно составляющих 700 - 1500^oC. При этом солнечный поглотитель, установленный в указанном приемнике и, предпочтительно, выполненный объемным, преобразует световое излучение в тепло, передаваемое текущему теплоносителю или используемое для осуществления термохимического процесса.

Как правило, объемные приемники солнечного излучения имеют трубчатый корпус, в котором установлен объемный солнечный поглотитель, как правило, защищенный прозрачным окном. При этом образуется герметичная камера поглотителя, выполненная с возможностью удержания рабочей текучей среды или химической реакционной смеси в непосредственном контакте с поглотителем. В процессе работы рабочую текучую смесь принудительно пропускают через камеру поглотителя. Это приводит к отводу тепла от поглотителя с использование отведенного тепла либо для осуществления химической реакции, либо с выводом его наружу. Типовые приемники солнечного излучения с объемным поглотителем охарактеризованы, в частности, в патентах США 5245986 и 5323764.

Прозрачное окно, защищающее объемный солнечный поглотитель в приемнике, должно быть приспособлено выдерживать экстремальные состояния большого потока солнечной энергии, а также высокие температуры и давления, обусловленные условиями работы. В патенте США 5323764 было показано, что конические окна, расположенные внутри приемника для защиты поглотителя с образованием герметичной камеры поглотителя, в случае совпадения оси распространения солнечного светового излучения с осью конического окна, хорошо работают в суровых условиях воздействия тепла и давления. Поскольку концентрируемое солнечное световое излучение падает на окно при широком угловом распределении, то оно проникает через окно всякий раз, когда пересекается с ним. Конструкция окна может быть такой, что только небольшое количество светового излучения, отражающееся при одном взаимодействии светового излучения и окна, в конечном счете проходило бы через окно после нескольких последовательных взаимодействий.

В известном патенте США 5245986 раскрыта конструкция крупного модуля приемника солнечного излучения, содержащего корпус, имеющий отверстие и удерживающий объемный солнечный поглотитель, прозрачное окно, монтируемое в указанном отверстии для впуска и передачи падающего концентрированного солнечного излучения, защищающее объемный солнечный поглотитель таким образом, чтобы образовывать герметичную камеру поглотителя, приспособленную для удержания текучей среды, а также средства для обеспечения входа и выхода указанной текучей среды. Прозрачное окно для модуля приемника солнечного излучения приспособлено впускать в модуль падающее на него концентрируемое солнечное излучение.

Для приемника солнечного излучения, предназначенного для использования в крупных солнечных энергосистемах, требуются большие прозрачные окна, отвечающие вышеуказанным требованиям. Однако подобные окна, имеющие большие размеры и отвечающие указанным требованиям, нелегко получить. Например, размер выпускаемых промышленно кварцевых элементов не превышает 40 см, что приводит к необходимости изготовления больших кварцевых элементов на заказ.

Целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного окна приемника солнечного излучения, предназначенного для центрального приемника солнечного излучения, которое может быть выполнено из промышленно выпускаемых элементов.

Осуществление указанной цели достигается использованием крупного модуля приемника солнечного излучения, содержащего корпус, имеющий отверстие и удерживающий объемный солнечный поглотитель, прозрачное окно, монтируемое в указанном отверстии для впуска и передачи падающего концентрированного солнечного излучения, защищающее объемный солнечный поглотитель таким образом, чтобы образовывать герметичную камеру поглотителя, приспособленную для удержания текучей среды, и средства для обеспечения входа и выхода указанной текучей среды, причем прозрачное окно выполнено с возможностью выдерживать высокую температуру и имеет широкое угловое распределение, причем окно состоит из дискретных прозрачных оконных сегментов, установленных в общей матрице, выполненной с возможностью выдерживать высокую температуру. Предпочтительно используют оконные сегменты, имеющие различные размеры и различную форму. Обычно матрица бывает выполнена в виде корпуса заводского изготовления, имеющего отверстия для монтажа оконных сегментов, или матрица бывает выполнена из готовой рамы, в которой оконные сегменты установлены посредством соединительных элементов. Соответственно, окно для модуля приемника солнечного излучения приспособлено впускать в модуль падающее на него концентрируемое солнечное излучение и выполнено с возможностью выдерживать высокую температуру, причем оно состоит из дискретных прозрачных оконных сегментов, установленных в общей матрице, выполненной с возможностью выдерживать высокую температуру. При этом использованы оконные сегменты, имеющие различные размеры и различную форму, а матрица выполнена в виде корпуса заводского изготовления, имеющего отверстия для монтажа оконных сегментов, или матрица выполнена из готовой рамы, в которой оконные сегменты установлены посредством соединительных элементов. В качестве текучей среды могут быть использованы жидкость или газ, которые могут быть теплоносителем или химической реакционной смесью.

Для более полного понимания сущности изобретения в дальнейшем оно будет раскрыто с использованием чертежей.

На фиг. 1 приведено схематическое изображение модуля приемника солнечного излучения, соответствующего настоящему изобретению.

На фиг. 2 приведен схематичный вид спереди окна, используемого в указанном приемнике солнечного излучения, соответствующего настоящему изобретению.

Ниже приведены предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения.

На фиг. 1 приведен центральный приемник 1 солнечного излучения. Он содержит корпус 2, имеющий отверстие 3, в котором установлено прозрачное окно 4, типа того, которое показано на фиг. 2, для принятия концентрированного солнечного излучения, падающего на него при широком угловом распределении. Корпус 2 содержит солнечный поглотитель 5, имеющий раму 6, прикрепленную к корпусу 2, и элементы 7 поглотителя, удерживаемые в раме 6. Корпус содержит впускной патрубок 8, предназначенный для входа рабочей текучей среды, омывающей поглотитель 5, и отверстие 9, предназначенное для выхода подогретой рабочей текучей среды.

На фиг. 2 схематично приведен вид окна 4. Окно 4 содержит матрицу 10, выполненную из термостойкого материала, выдерживающего высокую температуру, и удерживающую оконные сегменты 11 большого размера и оконные сегменты 12 небольшого размера. Все оконные сегменты выполнены из кварцевого стекла. Разные размеры сегментов 11 и 12 обеспечивают максимальную прозрачность окна 4, что приводит к пропусканию отверстием 3 приблизительно 80% концентрированного солнечного излучения.

Окна, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть использованы с различными конструкциями приемников солнечного излучения, имеющих объемные солнечные поглотители.

Прозрачное окно предназначено для модуля приемника солнечного излучения, а модуль приемника солнечного излучения, в котором использовали такое окно, содержит корпус, имеющий отверстие и удерживающий объемный солнечный поглотитель, прозрачное окно, установленное в отверстии для впуска падающего концентрированного солнечного излучения, защищающее объемный солнечный поглотитель так, чтобы образовывать герметичную камеру поглотителя, приспособленную удерживать текучую среду, и средства для входа и выхода текучей среды. Прозрачное окно состоит из дискретных прозрачных оконных сегментов, установленных в общей матрице и выполненных с возможностью выдерживать высокую температуру. Изобретение позволяет выдерживать высокую температуру при приеме концентрированного солнечного излучения. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Крупный модуль приемника солнечного излучения, содержащий корпус, имеющий отверстие и удерживающий объемный солнечный поглотитель, прозрачное окно, монтируемое в указанном отверстии для впуска и передачи падающего концентрированного солнечного излучения, защищающее объемный солнечный поглотитель так, чтобы образовывать герметичную камеру поглотителя, приспособленную для удержания текучей среды, и средства для обеспечения входа и выхода указанной текучей среды, отличающийся тем, что прозрачное окно выполнено с возможностью выдерживать высокую температуру и имеет широкое угловое распределение, причем окно состоит из дискретных прозрачных оконных сегментов, установленных в общей матрице, выполненной с возможностью выдерживать высокую температуру. 2. Модуль по п.1, отличающийся тем, что использованы оконные сегменты, имеющие различные размеры. 3. Модуль по п.1, отличающийся тем, что использованы оконные сегменты, имеющие различную форму. 4. Модуль по п.1, отличающийся тем, что матрица выполнена в виде корпуса заводского изготовления, имеющего отверстия для монтажа оконных сегментов. 5. Модуль по п.1, отличающийся тем, что матрица выполнена из готовой рамы, в которой оконные сегменты установлены посредством соединительных элементов. 6. Окно для модуля приемника солнечного излучения, приспособленное впускать в модуль падающее на него концентрируемое солнечное излучение, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью выдерживать высокую температуру и состоит из дискретных прозрачных оконных сегментов, установленных в общей матрице, выполненной с возможностью выдерживать высокую температуру. 7. Окно по п.6, отличающееся тем, что использованы оконные сегменты, имеющие различные размеры. 8. Окно по п.6, отличающееся тем, что использованы оконные сегменты, имеющие различную форму. 9. Окно по п.6, отличающееся тем, что матрица выполнена в виде корпуса заводского изготовления, имеющего отверстия для монтажа оконных сегментов. 10. Окно по п.6, отличающееся тем, что матрица выполнена из готовой рамы, в которой оконные сегменты установлены посредством соединительных элементов.