СЛЕДЯЩИЙ КОНЦЕНТРАТОР СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2017 года по МПК F24J2/42 F24J2/54 F24J2/12 F24J2/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[1] Настоящее изобретение относится к следящему концентратору солнечной энергии, который выполнен с возможностью перемещения параболического концентратора в соответствии с изменением положения Солнца, и более конкретно к следящему концентратору солнечной энергии, выполненному с возможностью постоянной концентрации света высокой плотности с помощью параболического концентратора в определенное место (или в определенном направлении) с помощью прямой призмы полного внутреннего отражения для эффективного нагрева устройства для накопления тепла.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[2] Следящий концентратор солнечной энергии предлагается с целью обеспечения солнечного тепла высокой плотности для солнечного котла и подобных устройств.

[3] Устройство для слежения за положением Солнца для концентрации солнечного света описано в патенте Республики Корея № (В1) 10-0874575 (10 декабря 2008 года). Система слежения за Солнцем, использующая датчик Солнца, и способ, в котором также используется датчик Солнца, описаны в публикации заявки на патент Республики Корея № (А) 10-2011-0119446 (02 ноября 2011 года). Устройство для слежения за положением Солнца панели солнечных элементов описано в публикации заявки на патент Республики Корея № (А) 10-2010-0102402 (24 сентября 2010 года).

[4] Указанные традиционные технологии позволяют следить за высотой и положением Солнца на пути с востока на запад от рассвета до заката и увеличивать концентрацию солнечного света. Соответственно, достигается эффективная концентрация солнечной тепловой энергии.

[5] В то же время способ использования света высокой плотности, сконцентрированного устройством для слежения за солнечным теплом и т.д., предложен в технологии преобразования солнечной энергии в электрическую и/или тепловую энергию, которая описана в публикации заявки на патент Республики Корея № (А) 10-2009-0117733 (12 ноября 2009 года). В этом случае первое зеркало параболической формы включает первое зеркало, которое включает вогнутую зеркальную поверхность, сконфигурированную и расположенную для приема и концентрации световой энергии в направлении фокальной точки, и второе зеркало, которое включает выпуклую зеркальную поверхность, сконфигурированную и расположенную для приема концентрированной световой энергии от первого зеркала и концентрации световой энергии на кольцеобразном приемном устройстве, и которое включает вогнутую зеркальную поверхность, сконфигурированную и расположенную для приема и концентрации световой энергии в направлении фокальной точки.

[6] Однако, поскольку вышеупомянутая технология предусматривает осуществление теплообмена в отдельно установленном кольцеобразном приемном устройстве, эту технологию сложно использовать в качестве мощного источника тепла и эта технология имеет низкую экономическую эффективность, вследствие чего ее использование в промышленности является проблематичным.

[7]

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЕ ДОКУМЕНТЫ

[8] Патент KR 100874575 В1 (10 декабря 2008 года)

[9] Патент KR 1020110119446 А (02 ноября 2011 года)

[10] Патент KR 1020100102402 А (24 сентября 2010 года)

[11]

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

[12] Настоящее изобретение исследовалось и разрабатывалось с целью решения всех проблем, характерных для вышеупомянутого традиционного следящего концентратора солнечной энергии и параболической системы. Настоящее изобретение предлагает следящий концентратор солнечной энергии, который обеспечивает свет высокой плотности, постоянно сконцентрированный с помощью параболического концентратора в определенном месте (в определенном направлении) с помощью прямой призмы полного внутреннего отражения для эффективного нагрева устройства для накопления тепла.

Техническое решение

[13] Для преодоления указанных проблем настоящее изобретение предлагает следящий концентратор солнечной энергии, включающий: средства слежения в направлении с востока на запад для слежения за движением Солнца в направлении с востока на запад, расположенные в верхней части основания; опору, установленную вертикально на средствах слежения в направлении с востока на запад; параболическую систему концентраторного типа, расположенную так, что ее вал поддерживается указанной опорой, и имеющую второй параболический концентратор, расположенный на небольшом расстоянии за фокальной точкой первого параболического концентратора, имеющего большую поверхность, так что свет высокой плотности концентрируется в центре первого параболического концентратора; и средства слежения за высотой, расположенные на опоре так, чтобы параболическая система концентраторного типа следила за высотой Солнца. Следящий концентратор солнечной энергии дополнительно включает: корпус призмы, расположенный так, что его вал поддерживается опорой так, что корпус призмы установлен сзади отверстия для прохождения света, образованного в центре первого параболического концентратора параболической системы концентраторного типа, и так, что он поворачивается вокруг оси посредством приводного усилия двигателя для слежения за высотой средств слежения за высотой; и средства направления света, состоящие из прямой призмы полного внутреннего отражения, соединенной с корпусом призмы. Указанные средства направления света поворачиваются на половину угла поворота средств слежения за высотой, благодаря чему свет высокой плотности всегда направляется и приходит в одно и то же место.

[14] На поворотной опорной плите, образующей средства слежения в направлении с востока на запад, установлена предохранительная трубка для прохождения света высокой плотности, которая направляет свет высокой плотности, выходящий из прямой призмы полного внутреннего отражения средств направления света, при этом на основании под предохранительной трубкой для прохождения света высокой плотности также установлена направляющая прямоугольная призма полного внутреннего отражения, которая направляет свет высокой плотности и обеспечивает его приход в третью область.

Технический результат изобретения

[15] При использовании следящего концентратора солнечной энергии, предложенного в настоящем изобретении, можно постоянно получать сконцентрированный солнечный свет от восхода до заката Солнца, что позволяет значительно увеличить степень концентрации солнечного света.

[16] В настоящем изобретении разработаны средства направления света, которые поворачиваются на половину угла поворота средств слежения за высотой. В такой конструкции в состоянии, когда свет высокой плотности все время направляется в одно и то же место независимо от движения параболической системы, свет высокой плотности может направляться и приходить в третью область с помощью прямоугольной призмы полного внутреннего отражения, установленной под предохранительной трубкой для прохождения света высокой плотности. Вследствие того что свет высокой плотности концентрируется множеством следящих концентраторов солнечной энергии в одном месте, можно достигнуть температуры нагревания свыше 1000°С. Соответственно, настоящее изобретение может быть использовано в качестве источника тепла для солнечного котла и т.д.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[17] На Фиг. 1 представлен вид спереди варианта осуществления следящего концентратора солнечной энергии, предложенного в настоящем изобретении;

[18] На Фиг. 2 представлен вид сбоку варианта осуществления, показанного на Фиг. 1;

[19] На Фиг. 3 представлен вид сверху варианта осуществления, показанного на Фиг. 1;

[20] На Фиг. 4 представлен вид в перспективе конструкции средств направления света, используемых в настоящем изобретении;

[21] На Фиг. 5 представлено прохождение света высокой плотности через прямую призму полного внутреннего отражения в зависимости от поворота средств слежения за высотой и средств направления света; и

[22] На Фиг. 6 представлено сечение на виде спереди и вид сверху, которые иллюстрируют пример солнечного котла, выполненного посредством расстановки следящих концентраторов солнечной энергии, предложенных в настоящем изобретении.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[23] Далее воплощения следящего концентратора солнечной энергии, предложенного в настоящем изобретении, будут описаны со ссылками на приложенные чертежи.

[24] На Фиг. 1 представлен вид спереди воплощения следящего концентратора солнечной энергии, предложенного в настоящем изобретении. На Фиг. 2 представлен вид сбоку воплощения, представленного на Фиг. 1. На Фиг. 3 представлен вид сверху воплощения, представленного на Фиг. 1.

[25] Следящий концентратор 1 солнечной энергии, предложенный в настоящем изобретении, выполнен таким образом, что его основание 2 установлено на земле в горизонтальном положении.

[26] Средства 3 слежения в направлении с востока на запад, которые следят за движением Солнца с востока на запад, установлены на основании 2. Опора 4 смонтирована на средствах 3 слежения в направлении с востока на запад. Вал параболической системы 5 концентраторного типа установлен в верхней части опоры 4. Параболическая система 5 концентраторного типа поворачивается в соответствии с высотой Солнца с помощью средств 6 слежения за высотой, которые установлены на опоре 4 и следят за высотой Солнца.

[27] Колесико 32, которое соприкасается с верхней поверхностью основания 2, соединено со средствами 3 слежения в направлении с востока на запад. Поворотная опорная плита 31, которая установлена на вращающейся осевой трубке 33 центральной части средств 3 слежения в направлении с востока на запад, поворачивается вокруг оси, будучи соединенной подшипником 2а с основанием 2. Приводная цепь 34 соединена с передней кромкой вращающейся осевой трубки 33. Звездочка 36 соединена с двигателем 35 для слежения с востока на запад, который установлен на основании 2 и может вращаться в прямом и обратном направлениях, и соединена с приводной цепью 34, что позволяет поворачивать поворотную опорную плиту 31 на определенный угол.

[28] Две опоры (правая и левая) 4 симметрично смонтированы на поворотной опорной плите 31. Вал 7 вращения, который опирается на подшипник 4а, установлен в верхней части опоры 4.

[29] Кронштейн 52, который выступает из задней части первого параболического концентратора 51 параболической системы 5 концентраторного типа, прикреплен к валу 7 вращения.

[30] В параболической системе 5 концентраторного типа второй параболический концентратор 53 установлен в положении немного за фокальной точкой первого параболического концентратора перед первым параболическим концентратором 51, который имеет форму полусферы (вогнутого зеркала) и имеет в центре отверстие 51а для прохождения света, благодаря чему свет высокой плотности отражается от центральной части первого параболического концентратора 51. Второй параболический концентратор 53 опирается на несколько опор 54 параболического концентратора, смонтированных на краю первого параболического концентратора 51.

[31] Что касается положения установки второго параболического концентратора 53, если второй параболический концентратор 53 установлен перед фокальной точкой первого параболического концентратора 51, то параллельность распространения отраженного света будет снижаться, и, если второй параболический концентратор 53 установлен в фокальной точке первого параболического концентратора 51, на поверхности второго параболического концентратора 53 будет высокая степень фокусировки света, и второй параболический концентратор 53 не будет пригоден к использованию. Поэтому второй параболический концентратор 53 установлен в положении немного за фокальной точкой, и предпочтительным является вариант, когда второй параболический концентратор 53 установлен на расстоянии от 20 до 30 мм позади фокальной точки, если фокусное расстояние первого параболического концентратора 51 составляет от 2 до 3 м.

[32] В параболической системе 5 концентраторного типа, имеющей такую конструкцию, солнечный свет отражается от первого параболического концентратора 51. Отраженный солнечный свет концентрируется на втором параболическом концентраторе 53, установленном за фокальной точкой первого параболического концентратора 51. Затем второй параболический концентратор 53 снова отражает концентрированный свет высокой плотности на отверстие 51а для прохождения света, образованное в центре первого параболического концентратора 51. Благодаря этому достигается эффект сжатия света, поступившего от первого концентратора 51, который имеет большую поверхность концентрации света.

[33] В то же время, как описано выше, параболическая система 5 концентраторного типа поворачивается в соответствии с высотой Солнца с помощью средств 6 слежения за высотой, установленных на опоре 4.

[34] Средства 6 слежения за высотой состоят из двигателя 61 для слежения за высотой, первой ведущей звездочки 62 и первой ведомой звездочки 63. Двигатель 61 слежения за высотой способен обеспечивать приводное усилие как в прямом, так и в обратном направлении. Первая ведущая звездочка 62 и первая ведомая звездочка 63 установлены соответственно на валу 7 вращения, с которым соединена параболическая система 5 концентраторного типа. Первая ведущая звездочка 62 и первая ведомая звездочка 63 соединены цепью 64.

[35] Расстояние и время хода двигателя 35 для слежения в направлении с востока на запад и двигателя 61 для слежения за высотой можно регулировать в зависимости от времени года. Расстояния и продолжительности хода не показаны и совместно управляются отдельными органами управления.

[36] В вышеизложенной части конструкция следящего концентратора 1 солнечной энергии известна в данной области техники. Конструкцию средств 3 слежения в направлении с востока на запад, параболической системы 5 концентраторного типа и средств 6 слежения за высотой можно заменить различными известными конструкциями.

[37] Следящий концентратор 1 солнечной энергии, предлагаемый в рамках настоящего изобретения, дополнительно включает отдельную технологию передачи света высокой плотности, сконцентрированного с помощью указанной выше конструкции, в другие области и использования этого света.

[38] А именно в настоящем изобретении в задней части первого параболического концентратора 51 устанавливаются средства 8 направления света таким образом, чтобы они находились на одной оси с отверстием для прохождения света 51а, образованным в центре первого параболического концентратора 51 параболической системы 5 концентраторного типа, так что свет высокой плотности, сконцентрированный в параболической системе 5 концентраторного типа, всегда будет проходить в одном направлении.

[39] Вал 81 вращения призмы установлен таким образом, что средства 8 направления света, предложенные в рамках настоящего изобретения, поддерживаются двумя опорами 4. Корпус 82 призмы соединен с валом 81 вращения призмы.

[40] Прямая призма 83 полного внутреннего отражения установлена в корпусе 82 призмы, так что свет высокой плотности, проходящий через отверстие для прохождения света 51а, отражается в направлении других областей. В данном документе прямоугольная часть прямой призмы 83 полного внутреннего отражения направлена к параболической системе 5 концентраторного типа.

[41] Также вторая ведомая звездочка 85, которая соединена цепью 86 с второй ведущей звездочкой 84, установленной на двигателе 61 для слежения за высотой, установлена на валу 81 вращения призмы. Соответственно, вторая ведомая звездочка 85 приводится в движение вместе с параболической системой 5 концентраторного типа при слежении за высотой.

[42] Здесь подобрано такое передаточное число, что, когда первая ведомая звездочка 63, соединенная цепью 64 с первой ведущей звездочкой 62, приводящей в движение параболическую систему 5 концентраторного типа, делает один оборот, вторая ведомая звездочка 85, соединенная цепью 86 с второй ведущей звездочкой 84, установленной на двигателе 61 для слежения за высотой, приводящем в движение средства направления света 8, делает половину оборота.

[43] Такая конструкция обеспечивает функциональную возможность непрерывно направлять свет высокой плотности в одном направлении даже в случае движения параболической системы 5 концентраторного типа.

[44] В этом варианте осуществления настоящего изобретения, в случае, если включены параболическая система 5 концентраторного типа и средства 8 направления света, можно направлять свет высокой плотности в одном направлении даже тогда, когда угол его входа меняется, как показано на Фиг. 5 (а)-(е).

[45] Иными словами, как показано на Фиг. 5 (а), когда прямая призма установлена при восходе Солнца параллельно отверстию для прохождения света 51а, образованному в первом параболическом концентраторе 51 параболической системы 5 концентраторного типа, поверхность 83а прямой призмы 83 полного внутреннего отражения, образующей средства 8 направления света, на которую падает свет, и поверхность 83b этой же призмы, из которой выходит свет, расположены перпендикулярно друг к другу, так что свет высокой плотности направляется вниз. Как показано на Фиг. 5 (b), когда прямая призма поворачивается на угол 24 градуса от линии, параллельной отверстию для прохождения света 51а, образованному в первом параболическом концентраторе 51, поверхность 83а прямой призмы 83 полного внутреннего отражения, образующей средства 8 направления света, на которую падает свет, и поверхность 83b этой же призмы, из которой выходит свет, поворачиваются на угол 12 градусов, так что свет высокой плотности направляется вниз через поверхность 83b, из которой выходит свет.

[46] Также, как показано на Фиг. 5 (с), (d) и (е), когда прямая призма последовательно поворачивается на углы 48, 72 и 90 градусов от линии, параллельной отверстию для прохождения света 51а, образованному в первом параболическом концентраторе 51, поверхность 83а прямой призмы 83 полного внутреннего отражения, образующей средства 8 направления света, на которую падает свет, и поверхность 83b этой же призмы, из которой выходит свет, поворачиваются на углы 24, 36 и 45 градусов, то есть на половинные углы поворота прямой призмы, так что свет высокой плотности также направляется вниз. Свет высокой плотности все время направляется и проходит в одном направлении, то есть вниз, независимо от движения параболической системы 5 концентраторного типа, следящей за высотой Солнца.

[47] В то же время в этом варианте осуществления настоящего изобретения свет высокой плотности после того, как он был направлен средствами 8 направления света, приходит в третью область.

[48] С этой целью в этом варианте осуществления настоящего изобретения предохранительная трубка 9 установлена под прямой призмой 83 полного внутреннего отражения, образующей средства 8 направления света, и в центре поворотной опорной плиты 31, на которой смонтирована опора 4. Направляющая прямоугольная призма 10 полного внутреннего отражения, которая направляет и обеспечивает приход света высокой плотности в третью область, дополнительно установлена на одной оси с предохранительной трубкой 9 в основании 2 под поворотной опорной плитой 31.

[49] Неописанный номер позиции 100 на чертежах отображает устройство для накопления тепла, которое хранит тепловую энергию света высокой плотности, доставленного множеством следящих концентраторов 1 солнечной энергии по настоящему изобретению.

[50] Как показано на Фиг. 6, установлено множество следящих концентраторов 1 солнечной энергии, которые имеют конструкцию, описанную в настоящем изобретении, и которые обеспечивают попадание света высокой плотности в устройство 100 для накопления тепла, которое благодаря этому может использоваться для бытового или промышленного солнечного котла. Далее будет описана работа этого варианта осуществления настоящего изобретения.

[51] Следящий концентратор 1 солнечной энергии, предложенный в настоящем изобретении, управляется не показанными средствами управления. Следящий концентратор 1 солнечной энергии может концентрировать солнечный свет, следуя движению Солнца от рассвета до заката.

[52] Это означает, что в соответствии с этим вариантом осуществления настоящего изобретения двигатель 35 для слежения в направлении с востока на запад средств 3 слежения в направлении с востока на запад и двигатель 61 для слежения за высотой средств 6 слежения за высотой приводятся в движение с восходом Солнца, так что первый параболический концентратор 51 параболической системы 5 концентраторного типа следит за Солнцем.

[53] Свет высокой плотности, сконцентрированный первым параболическим концентратором 51 во время слежения за Солнцем, как было указано выше, еще раз концентрируется вторым параболическим концентратором 53, расположенным за фокальной точкой первого параболического концентратора 51, и затем направляется в отверстие для прохождения света 51а, образованное в центре первого параболического концентратора 51.

[54] Поскольку свет высокой плотности, направленный в отверстие для прохождения света 51а, отклоняется только на половину угла поворота первого параболического концентратора 51, который поворачивается вокруг оси с помощью средств 6 слежения за высотой, свет высокой плотности направляется только в одном направлении, как на Фиг. 5 (а)-(е), независимо от движения параболической системы 5 концентраторного типа. Свет высокой плотности, направляемый средствами 8 направления света, попадает в третью область с помощью направляющей прямоугольной призмы 10 полного внутреннего отражения, которая закреплена на основании 2.

[55] Хотя здесь был подробно описан конкретный вариант осуществления настоящего изобретения, различные усовершенствования и изменения этого варианта могут быть выполнены без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Поэтому предмет настоящего изобретения не ограничен изложенным выше вариантом и определяется приведенной ниже формулой изобретения и соответствующими эквивалентами.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[56] Следящий концентратор солнечной энергии, предлагаемый в рамках настоящего изобретения, может использоваться в качестве источника тепла для бытового или промышленного солнечного котла, устройства для накопления тепла для производства электроэнергии и т.д.

Настоящее изобретение относится к следящему концентратору солнечной энергии, который включает: средства слежения в направлении с востока на запад для слежения за движением солнца в направлении с востока на запад, расположенные на верхней части основания, опору, установленную вертикально на средствах слежения в направлении с востока на запад, параболическую систему концентраторного типа, расположенную так, что ее вал поддерживается опорой, и имеющую второй параболический концентратор, расположенный на небольшом расстоянии за фокальной точкой первого параболического концентратора, имеющего большую площадь, так что свет высокой плотности концентрируется в центре первого параболического концентратора, средства слежения за высотой, расположенные на опоре так, чтобы параболическая система концентраторного типа следила за высотой солнца, при этом концентратор дополнительно включает корпус призмы, расположенный так, чтобы находиться сзади отверстия для прохождения света в центре первого параболического концентратора, и так, чтобы двигаться вокруг оси посредством приводного усилия двигателя для слежения за высотой, и средства направления света, соединяющие прямую призму полного внутреннего отражения с корпусом призмы. Указанные средства направления света поворачиваются на половину угла поворота средств слежения за высотой, благодаря чему свет высокой плотности всегда направляется и приходит в одно и то же место. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Следящий концентратор 1 солнечной энергии, включающий:

средства 3 слежения в направлении с востока на запад для слежения за движением солнца в направлении с востока на запад, расположенные на верхней части основания 2;

опору 4, расположенную вертикально на средствах 3 слежения в направлении с востока на запад;

параболическую систему 5 концентраторного типа, вал которой поддерживается опорой 4 и которая имеет второй параболический концентратор 53, расположенный за фокальной точкой первого параболического концентратора 51, имеющего большую площадь, так что в центре первого параболического концентратора 51 концентрируется свет высокой плотности; и

средства 6 слежения за высотой, расположенные на опоре 4 с обеспечением слежения параболической системой 5 концентраторного типа за высотой солнца, при этом следящий концентратор солнечной энергии дополнительно включает:

корпус 82 призмы, вал которого поддерживается опорой 4 с расположением указанного корпуса призмы сзади отверстия 51а для прохождения света, выполненного в центре первого параболического концентратора 51 параболической системы 5 концентраторного типа, и который расположен с возможностью углового поворота посредством приводного усилия двигателя 61 для слежения за высотой средств 6 слежения за высотой; и

средства 8 направления света, содержащие прямую призму 83 полного внутреннего отражения, соединенную с корпусом 82 призмы,

при этом средства 8 направления света выполнены с возможностью поворота на половину угла поворота средств слежения за высотой с обеспечением того, что свет высокой плотности всегда направляется и приходит в одно и то же место.

2. Следящий концентратор солнечной энергии по п. 1, в котором на поворотной опорной плите 31, образующей средства 3 слежения в направлении с востока на запад, установлена предохранительная трубка 9 для прохождения света высокой плотности, которая направляет свет высокой плотности, выходящий из прямой призмы 83 полного внутреннего отражения средств 8 направления света, при этом на основании 2 под предохранительной трубкой 9 также установлена направляющая прямоугольная призма 10 полного внутреннего отражения, которая направляет свет высокой плотности и обеспечивает его приход в третью область.