ГЕЛИОКОТЕЛ Российский патент 2005 года по МПК F24J2/02 

Изобретение относится к солнечным нагревателям для получения горячей воды или пара для бытовых и технологических нужд.

Прототипом изобретения является гелиокотел, включающий в себя цилиндрический корпус с частичным вырезом в виде окна для приема солнечных лучей [1].

Недостатком прототипа является невозможность слежения его за азимутом солнца при использовании его в качестве котла для получения горячей воды или пара ввиду тяжелого веса, а также высоких энергозатрат, тем более в энергетической связке нескольких котлов.

Изобретение позволяет получить новый технический эффект- слежение за азимутом солнца без поворота котла с низкими энергозатратами.

Этот технический эффект достигается тем, что корпус гелиокотла выполнен в виде двух соосно соединенных цилиндров с общим продольным окном для приема солнечных лучей, при этом по обе стороны вдоль окна под углом отражения солнечных лучей в окно на валах установлены отражательные пластины, валы которых снабжены ведомыми шестернями, а последние связаны с ведущей шестерней вала реверсивного электропривода поворота отражательных пластин азимутального слежения за солнцем, который снабжен системой автоматики слежения с солнечными фотобатареями.

На фиг 1 показан общий вид гелиокотла сбоку.

Нa фиг.2 вид А на фиг.1.

На фиг 3 сечение А-А фиг.2.

На фиг 4 сечение Б-Б фиг.2.

На фиг.5 схема работы гелиокотла.

На фиг.6 электрическая схема гелиокотла.

Гелиокотел состоит из опоры 1, на которой с углом наклона половины зенитального градуса солнца с южной стороны установлен наружный цилиндрический корпус 2, а внутри его с зазором с ним установлен внутренний корпус 3, образующие между собой рубашку. Оба торца корпусов 2 и 3 имеют торцевые заглушки 4, в которые между корпусами 2 и 3 снизу врезан подводящий трубопровод 5, а сверху два штуцера 6 с отводящим трубопроводом 7, например паросборник. Оба эти корпуса с южной верхней стороны имеют продольный вырез (окно) 8, примерно 12.5...25% от 2πR. По обе стороны выреза 8 на валах 9 установлены поворотные отражательные пластины 10 (в положении крайнего поворота), а валы 9 снабжены ведомыми шестернями 11, которые связаны с ведущей шестерней 12 с реверсивным приводом 13(М) постоянного тока. Нa верхних концах отражательных пластин 10 жестко закреплены кронштейны 14, на телескопическом соединении 15 которых установлена солнечная фотобатарея 16(Фэ) и фотоэлементы 17(Фл)-левого поворота и 18(Фп)-правого поворота, а также с обратной стороны к ним - фотоэлемент 19(Фз)-заднего разворота. На внешнем корпусе 1 по сторонам выреза 8 под отражательными пластинами 10 установлены концевые выключатели 20 (ВКл) - левый и 21 (ВКп) - правый.

Из решения треугольников отражения лучей отражательными пластинами 10 в вырез (окно) 8 установлен оптимальный угол отражательных пластин 10 к солнечным лучам под углом α~17°, с учетом колебания чувствительности азимутального наведения ±10°. Отсюда оптимальные размеры относительно ширины “а” окна 8 находятся в соотношении: ширина “б” отражательных пластин б=4,5 а, расстояние между концами отражательных пластин 10, т.е. их ширина захвата с=3а.

Электрическая схема гелиокотла включает в себя солнечную фотобатарею Фэ, которая под действием солнечного светового излучения вырабатывает постоянный электрический ток расчетного напряжения, между электрическими цепями которой подключен аккумулятор АК и система управления автоматикой.

В систему управления входят самостоятельные фотоэлементы Фп, Фл и Фз. Фотоэлементы Фп и Фл включены встречно на обмотку поляризованного слаботочного реле РП1 с нейтральным положением якоря, на контактах которого соответственно включены обмотки силовых реле РС1 и РС2, а контакты последних РС1 и РС2.1 в систему включения реверсивного двигателя “М” левого и правого поворотов. Фотоэлемент Фз подключен на обмотку поляризованного реле РП2, на контакты которого подключена обмотка силового реле РС3 с параллельно нормально разомкнутыми собственными контактами РС3. 1 и последовательно с нормально замкнутыми контактами реле РС2.2, а также нормально замкнутые контакты РС3.2 реле РС3 последовательно включены с нормально замкнутыми контактами РС2.1 реле РС2 реверсивного двигателя М, параллельно их разомкнутым. В цепи питания контактов РС1 и РС2.1 последовательно включены нормально замкнутые контакты концевых выключателей КВл и КВп - соответственно ограничения левого и правого поворота.

Гелиокотел работает следующим образом.

Окно 8 и отражательные пластины 10 обращены встречно солнечным лучам. Прямые лучи солнца через окно 8 проходят в корпус 3, через это же окно 8 туда направляются отраженные лучи с отражательных пластин 10 с общей концентрацией солнечной энергии, увеличенной в 3 раза. Солнечные тепловые лучи, попав в корпус 3, многократно отражаются от его стенок и полностью поглощаются, тем самым нагревая его стенки, а следовательно, через них и воду в рубашке между корпусом 3 и корпусом 2 в течение солнечного дня до требуемой расчетной температуры воды или пара.

Одновременно солнечная фотобатарея Фэ вырабатывает постоянный электрический ток и заряжает аккумулятор АК. При изменении азимута солнца, например, вправо происходит перераспределение освещенности солнечными лучами самостоятельных фотоэлементов Фп и Фл. На Фп увеличивается угол падения солнечных лучей, а Фл затеняется, т.к. солнечные лучи падают касательно к его поверхности. На фотоэлементе Фп (правого поворота) вырабатывается малоточный постоянный ток, который проходит через обмотку поляризованного реле РП1, которое перекидывает ее нейтральный якорь и замыкает свои контакты на правый поворот, в данном случае ставит под ток Фэ и АК обмотку силового реле PC1, которая притягивает свой якорь в схеме питания реверсивного привода М(13) и своими контактами РС1 замыкает цепь питания-плюс, контакты РС1, привод М(13), нормально замкнутые контакты РС2.1 и PC3.2 на минус. Привод М (13) вращает свой вал с ведущей шестерней 12 влево и соответственно передает вращательное движение ведомым шестерням 11 вправо, которые на осях 9 поворачивают отражательные пластины К), одновременно с ними на кронштейнах 10 и телескопическом соединении происходит разворот фотобатареи Фэ(16) и фотоэлементов Фп(18) и Фл(17) до тех пор, пока освещенность последних элементов выравнится. На обоих фотоэлементах Фп(18) и Фл(17) вырабатываются незначительные встречные токи, которые компенсируют друг друга на обмотке реле РП1, последнее отпускает свой якорь, вся описанная схема обесточивается и приходит в исходное положение.

При обратной освещенности, т.е. при увеличении освещенности фотоэлемента Фл(17) левого поворота в нем вырабатывается электрический ток, который проходит через обмотку поляризованного реле РП1 в обратном направлении, и, следовательно, его якорь перекидывается в другую сторону, замыкает цепь питания реле РС2 описанным образом, которое своими контактами РС2.1 обеспечивает питание реверсивного привода М (13) обратной полярности, соответственно происходит поворот описанных систем.

Для предотвращения аварийных ситуаций крайних левого и правого поворотов, например утром и вечером, в системе их электрических схем соответственно установлены концевые выключатели КВл (левого) и KВп (правого) поворотов, штоки которых нажимаются отражательными пластинами и разрывают цепь питания привода М(13).

После захода солнца вся система гелиокотла повернута на запад, и с восходом солнца под его лучи попадает фотоэлемент Фз(19)-заднего разворота, который вырабатывает постоянный электрический ток, который проходит через обмотку поляризованного репе РП2, которое замыкает свой якорь и через нормально замкнутые контакты РС2.2 реле PC2 ставит под ток обмотку реле РСЗ, последнее замыкает свои контакты РСЗ. 1 и самоблокируется параллельно контактам якоря РП2, одновременно контактами РС3.2 через нормально замкнутые контакты РС2.1 и РС1 образуется цепь питания реверсивного привода М(13) левого поворота системы. При этом фотоэлемент Фз выходит из освещенности, РП2 обесточивается и отпускает свой якорь, РСЗ продолжает находиться под током благодаря своим контактам РС3.1 самоблокировки. Поворот системы продолжается до тех пор, пока под световое излучение попадет фотоэлемент Фл, который описанным выше образом доразвернет всю систему по направлению к солнцу, при этом питание привода М(13) осуществляется его контактами РС2.1, а контактами РС2.2 обрывается цепь питания РС3.

Таким образом, благодаря отражательным пластинам 10 увеличивается мощность котла (в данном случае в три раза) и осуществляется автоматическое азимутальное слежение за солнцем без поворота гелиокотла.

Источники информации

1. P.P. Апариси, Б.А.Гарф. Использование солнечной энергии. - М.: Академия наук, 1958 г., стр.26 и 28 (Прототип).

Изобретение относится к солнечным нагревателям для получения горячей воды и пара для бытовых и технологических нужд. Корпус гелиокотла выполнен в виде двух соосно соединенных цилиндров с общим продольным окном для приема солнечных лучей, при этом по обе стороны вдоль окна под углом отражения солнечных лучей в окно на валах установлены отражательные пластины, валы которых снабжены ведомыми шестернями, а последние связаны с ведущей шестерней вала реверсивного электропривода поворота отражательных пластин азимутального слежения за солнцем, который снабжен системой автоматики слежения с солнечными фотобатареями. Изобретение должно обеспечить слежение за солнцем без поворота гелиокотла и снижение энергозатрат. 6 ил.

Гелиокотел, включающий в себя цилиндрический корпус с частичным вырезом в виде окна для приема солнечных лучей, отличающийся тем, что корпус гелиокотла выполнен в виде двух соосно соединенных цилиндров с общим продольным окном для приема солнечных лучей, при этом по обе стороны вдоль окна под углом отражения солнечных лучей в окно на валах установлены отражательные пластины, валы которых снабжены ведомыми шестернями, а последние связаны с ведущей шестерней вала реверсивного электропривода поворота отражательных пластин азимутального слежения за солнцем, который снабжен системой автоматики слежения с солнечными фотобатареями.