СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2004 года по МПК F24J2/06 

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии, в частности к устройствам, преобразующим солнечную энергию в тепловую.

Известно устройство для нагревания воды (см. заявку №97100973/06, 6 F 24 J 2/50, 2/48, 1997 г.), содержащее теплоизолированный корпус с лабиринтом для протока воды, с прозрачной крышкой, покрытой парниковой пленкой с подводящими и отводящими патрубками, с пароводяным клапаном.

Однако данное устройство для создания парникового эффекта покрыто прозрачной крышкой, которая, в свою очередь, покрыта парниковой пленкой. В результате из-за недостаточной проникающей способности крышки и пленки часть солнечной энергии теряется, а также часть энергии в виде излучения возвращается обратно. Кроме того, подобный солнечный водонагреватель не может работать в условиях пониженного давления (вакууме).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для улавливания солнечной энергии и передачи этой энергии к подлежащей нагреву среде (см. патент РФ №2153132, 7 F 24 J 2/10, 2/52, 1998 г.), содержащее множество круглых и расположенных по кругу на некотором расстоянии друг от друга зеркал с тем, чтобы образовать отражающий экран, на который может падать солнечное излучение, с возможностью изменения угла наклона, и снабженное механизмом поворота угла наклона.

В указанном устройстве система зеркал представляет собой концентратор солнечной энергии, однако в этом устройстве используется не весь световой поток, падающий на устройство, т.к. между зеркалами имеются неиспользуемые площади.

Техническая задача - создание высокоэффективного устройства, которое позволило наиболее полно использовать весь световой поток, падающий на устройство.

Техническим результатом данного устройства является более полное поглощение и использования солнечной энергии.

Технический результат достигается тем, что в солнечной энергетической установке, содержащей зеркала в качестве отражающего экрана, имеется система параллельных ребер с зеркальными поверхностями переменной кривизны, причем у основания поверхности ребер переходят в поверхности цилиндрических полостей, покрытых светопоглощающей краской и устроенных в корпусе на обращенной к Солнцу стороне.

В устройстве использованы зеркальные поверхности переменной кривизны, при которой солнечные лучи неизбежно попадают в покрытую светопоглощающей краской полость в корпусе теплообменного устройства.

Предлагаемое устройство изображено на чертежах (фиг.1 - сечение, фиг.2 - ход лучей).

Устройство состоит из корпуса 1, в котором во взаимно перпендикулярных направлениях устроены цилиндрические каналы 2 для циркуляции жидкого теплоносителя. Ребра 3 имеют форму двугранного угла с хорошо отражающими (зеркальными) боковыми поверхностями переменной кривизны. У основания боковые поверхности ребер переходят в цилиндрические полости 4, поверхности которых покрыты светопоглощающей краской. Сторона устройства, противоположная направлению на Солнце 5, покрыта теплоизоляционным материалом.

Теплообменное устройство работает следующим образом. Солнечные лучи, испытав однократное отражение от поверхности ребер 3 (фиг.1), попадают в цилиндрическую полость 4, где после нескольких отражений практически полностью поглощаются, прежде чем выйдут в обратном направлении. Поглощенная энергия передается через материал корпуса 1 теплоносителю, протекающему по цилиндрическим каналам 2. Для улучшения условий конвективного потока теплоносителя при изменении ориентации устройства каналы 2 просверлены во взаимно перпендикулярных направлениях. Часть энергии, поглощенной боковыми поверхностями ребер 3 при отражении от них света, также передается теплоносителю через материал самих ребер. Если двугранный угол α (фиг.2) при вершине ребра будет образован плоскими поверхностями, то луч, вошедший в пространство между ребрами 3, испытав несколько отражений от поверхностей ребер 3, пойдет в обратную сторону и не попадет в цилиндрическую полость 4 (фиг.1), покрытую светопоглощающей краской. Чтобы избежать этого, боковые поверхности ребер 3 имеют переменную кривизну. Такая ребристая поверхность позволяет “поймать” лучи и тем самым максимально приблизить поглощающую способность устройства к поглощающей способности абсолютно черного тела.

На фиг.2 представлен возможный ход лучей при отражении их от боковых поверхностей ребер 3, которые имеют форму параболического цилиндра. Совокупность линий пересечения поверхности кругового цилиндра и поверхности параболического цилиндра (на фиг.2 точки А - точки пересечения таких линий с плоскостью чертежа) лежат в одной плоскости σ (на фиг.2 изображена пунктиром). Эта плоскость находится несколько выше точек фокусов F парабол, являющихся сечениями установки плоскостями, параллельными плоскости чертежа (точка О - вершина параболы). Совместим с вершиной параболы начало системы координат XOY. Пусть уравнение параболы имеет вид у=ах². Тогда, чтобы любой луч, идущий параллельно плоскости симметрии зазора между ребрами, после отражения, пройдя через фокус параболы, попал в цилиндрическую полость 4, иксовые координаты точек А и С должны удовлетворять условиям: |х_А|>1/2а и |х_С|<14,32/а (значение двугранного угла в точке С принято равным 4°) соответственно, а высота ребра и радиус цилиндрической полости равны Н≈200/а и R≈10а соответственно. Таким образом, радиус R примерно в 10а² раз больше ширины щели d, b>2R, где b - ширина основания ребер (все размеры и значения координат приведены в условных единицах).

Положительным эффектом данного устройства является более полное поглощение и использование солнечной энергии.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии, в частности к устройствам, преобразующим солнечную энергию в тепловую. Для этого установка имеет систему параллельных ребер с зеркальными поверхностями переменной кривизны, причем у основания поверхности ребер переходят в поверхности цилиндрических полостей, покрытых светопоглощающей краской и устроенных в корпусе на стороне, обращенной к Солнцу. Технический результат заключается в более полном поглощении и использовании солнечной энергии. 2 ил.

Солнечная энергетическая установка, содержащая зеркала в качестве отражающего экрана, отличающаяся тем, что она имеет систему параллельных ребер с зеркальными поверхностями переменной кривизны, причем у основания поверхности ребер переходят в поверхности цилиндрических полостей, покрытых светопоглощающей краской и устроенных в корпусе на обращенной к Солнцу стороне.