ГЕЛИОТЕРМИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2005 года по МПК F24J2/12 F24J2/14 

Изобретение относится к области использования солнечной энергии для обеспечения энергетических нужд на производстве и в быту, преимущественно для опреснения соленой воды.

Известно устройство для очистки и дистилляции соленой воды, включающее зеркало, поверхность которого имеет параболическую образующую. То есть зеркало представляет собой параболоид вращения. Лучи солнца с помощью этого зеркала направляются на испаритель, DE 4406365 A1.

Это техническое решение позволяет собирать лучи практически в одну точку; однако в случае, если они будут сфокусированы вне испарителя по причине сбоя в управлении зеркалом, возможно возникновение пожара вследствие высокой степени концентрации энергии. Кроме того, следует отметить, что эта же причина обусловливает необходимость применения особых весьма низкоплавких и жаростойких материалов для изготовления испарителя.

Известен также гелиотермический преобразователь, содержащий прямоточный канал теплоносителя, выполненный из металла с поверхностным селективным оптическим поглощающим слоем и проходящий с зазором сквозь стеклянную вакуумированную оболочку; поверхностный селективный оптический поглощающий слой образован развитием рельефа на внешней поверхности канала; канал теплоносителя и стеклянная оболочка соединены через упругие элементы, а преобразователь до герметизации стеклянной оболочки подвергнут термической обработке в вакууме, RU 2109225.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.

Преобразователь также содержит зеркальный концентратор, имеющий цилиндрическую отражающую поверхность; направляющая этой цилиндрической поверхности представляет собой окружность, а образующая - прямую линию. Такая поверхность концентратора более равномерно фокусирует лучи на поверхности канала теплоносителя, что существенно снижает возможность возникновения пожара. Однако прототип имеет весьма серьезные недостатки. Прежде всего, следует указать, что происходит весьма значительное рассеивание и потеря энергии, большая часть которой уходит в пространство вне канала теплоносителя.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения эффективности устройства за счет уменьшения потерь энергии при исключении ее чрезмерной концентрации в одной точке и, соответственно, уменьшении опасности возгорания.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в гелиотермическом преобразователе, содержащем прямоточный канал теплоносителя и концентратор солнечного излучения с цилиндрической отражающей поверхностью, направляющая цилиндрической поверхности концентратора солнечного излучения представляет собой параболу; гелиотермический преобразователь может дополнительно содержать рефлектор, принимающий лучи, отраженные от концентратора солнечного излучения и направляющий их на канал теплоносителя; канал теплоносителя может быть образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, при этом одна из вершин каждого из них обращена в сторону концентратора солнечного излучения; канал теплоносителя может быть образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, при этом одна из вершин каждого из них обращена в сторону рефлектора.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.

Благодаря тому, что отражающая поверхность концентратора солнечного излучения имеет цилиндрическую форму с направляющей, представляющей собой параболу, лучи не собираются в одну точку и не рассеиваются по поверхности канала теплоносителя, а собираются по линии, расположенной вдоль канала на его поверхности. Таким образом значительно снижаются потери энергии и возрастает эффективность нагрева. Благодаря наличию рефлектора исключается необходимость изменения угла наклона его продольной оси относительно горизонта.

В результате того, что канал теплоносителя образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, причем одна из вершин каждого из них обращена в сторону концентратора солнечного излучения или в сторону рефлектора, обеспечивается максимальное поглощение энергии поверхностью канала и, соответственно, резко уменьшается ее излучение в пространство.

Таким образом, благодаря реализации отличительных признаков изобретения достигается указанный выше важный технический результат. Это, по мнению заявителя, обусловливает соответствие заявленного технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:

на фиг.1 - схема лучшего варианта исполнения устройства в аксонометрии;

на фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид сбоку;

на фиг.3 - канал теплоносителя, поперечный разрез в увеличенном масштабе.

Гелиотермический преобразователь содержит прямоточный канал 1 теплоносителя. Сечение канала может быть круглым, прямоугольным и т.д. Канал 1 может быть образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники. Такой вариант исполнения предпочтителен, поскольку обеспечивает максимальное поглощение энергии поверхностью канала и, соответственно, резкое уменьшение ее потерь из-за излучения ее в пространство. Цилиндрическая поверхность концентратора 2 солнечного излучения имеет прямолинейную образующую и направляющую, представляющую собой параболу.

В варианте по п.2 формулы изобретения устройство дополнительно содержит рефлектор 3, принимающий лучи, отраженные от концентратора 2, и направляющий их на канал 1 теплоносителя. В случае, если канал 1 образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, одна из вершин каждого из них должна быть обращена либо к концентратору 2 (при отсутствии рефлектора 3), либо к рефлектору 3. Форма отражающей поверхности рефлектора либо такая же, как у концентратора 2, либо при малом расстоянии от рефлектора до канала 1 - плоская или слегка закругленная.

Устройство в лучшем примере исполнения работает следующим образом. Лучи солнца отражаются от концентратора солнечного излучения 2 и попадают на рефлектор 3. Благодаря тому, что цилиндрическая поверхность концентратора 2 имеет параболическую направляющую, лучи солнца, отраженные от этой поверхности, фокусируются в виде линии (практически узкой полосы) на рефлекторе 3 и затем отражаются и фокусируются в виде узкой полосы на канале 1. Теплоноситель, в конкретном примере вода, движется через канал 1 и нагревается от стенок канала, нагреваемых солнечным излучением. При этом, благодаря тому, что сечение канала 1 имеет форму совокупности треугольников, практически вся энергия, отраженная от рефлектора 3 и поступающая на стенки канала 1, поглощается. Этому способствуют гладкие стенки канала 1 и их особая геометрия (фиг.3), поскольку непоглощенная часть лучей отражается стенкой канала и, попадая на другую стенку, поглощается ею, а также частично возвращается и поглощается первой стенкой и т.д.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии для обеспечения энергетических нужд на производстве и в быту, преимущественно для опреснения соленой воды. Для этого гелиотермический преобразователь содержит прямоточный канал теплоносителя и концентратор солнечного излучения, первый из которых образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, а стенки магистралей выполнены гладкими. При этом преобразователь может дополнительно содержать рефлектор, принимающий лучи, отраженные от концентратора солнечного излучения, и направляющий их на канал теплоносителя. Изобретение должно обеспечить повышение эффективности устройства за счет уменьшения потерь энергии при исключении ее чрезмерной концентрации в одной точке и, соответственно, уменьшение опасности возгорания. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гелиотермический преобразователь, содержащий прямоточный канал теплоносителя и концентратор солнечного излучения, отличающийся тем, что канал теплоносителя образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, а стенки магистралей выполнены гладкими.2. Гелиотермический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит рефлектор, принимающий лучи, отраженные от концентратора солнечного излучения, и направляющий их на канал теплоносителя.