Способ и устройство для очистки поверхностей Российский патент 2023 года по МПК B08B1/00 H02S40/10 

Область техники

Изобретение относится к области очистки поверхностей, в частности для очистки солнечных панелей от пыли, грязи, помета птиц, и может быть использовано для повышения выработки солнечной энергии, предохранения поверхности от царапин, сколов.

Уровень техники

Известны множество устройств для очистки поверхности, которые используют механические устройства для движения механизма очистки. В качестве аналога предлагаемого изобретения можно рассмотреть патент США US 2021/0050814 А1, в котором использована система колес для автоматизированного перемещения щеток вдоль солнечной панели. Аналог имеет недостатки, связанные с необходимостью применения специальных устройств для перехода устройства от одной панели к другой. Кроме того, жидкость в аналоге после использования частично теряется за счет разбрызгивания и испарения, в качестве еще одного аналога можно рассмотреть патент DE 10 2004 036 094 А1, в котором устройство имеет расположенную внизу емкость для отработанной жидкости, но в этом аналоге не устранено испарение жидкости через промежутки между кожухом и очищаемой поверхностью. В качестве прототипа предлагаемого изобретения можно привести устройство, описанное в патенте PCT/DE 2007/002071, в котором кожух охватывает солнечную панель с двух сторон, а с двух сторон движется вдоль ряда панелей. У этого прототипа также остаются недостатки аналогов - необходимость переходных устройств для перехода прототипа с панели на панель и потери жидкости на испарение через щели между кожухом и панелью

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание устройства, не требующего дополнительных элементов для движения этого устройства относительно очищаемой поверхности. Техническим результатом, достигнутым при реализации этого изобретения, является упрощение конструкции, исключение переходных устройств, снижение металлоемкости крепежных конструкций, упрощение механизма движения предлагаемого устройства.

Второй задачей изобретения является создание устройства, полностью сохраняющего загрязненную жидкость после ее использования при очистке поверхности. Техническим результатом, достигаемым при реализации этого изобретения, является исключение потерь жидкости на разбрызгивание и испарение.

Третьей задачей предлагаемого изобретения является возможность создания замкнутого объема, одной из стенок которого является очищаемая поверхность, что дает возможность производить замачивание очищаемой поверхности. Техническим результатом, достигаемым при применении этого изобретения, является повышение эффективности очистки поверхности, уменьшение царапин и потертостей очищаемой поверхности, что особенно заметно проявляется при очистке поверхности от засохших экскрементов птиц.

Устройства для очистки поверхности, как правило, состоят из нескольких основных компонентов, необходимых для работы таких устройств:

- механизма очистки, содержащего щетки, форсунки, ленты, емкости для жидкости, насосы, компрессоры, вакуум-насосы и другие устройства, известные из уровня техники, использующие физическое (механическое и/или гидравлическое) и/или химическое (растворители и/или поверхностно-активные вещества) воздействие на загрязнения;

- механизма перемещения (например, шарико-винтовая пара, шестерня - зубчатая рейка, обрезиненное колесо, гусеница, рычажный привод и т.д., перемещающего механизм очистки относительно очищаемой поверхности;

- корпуса устройства, соединяющей механизм перемещения и механизм очитки;

- опорной конструкции, относительно которой движется механизм перемещения, как правило выполненной в виде направляющих рельс, желобов, зубчатой рейки и т д.;

- канала, выполненного в виде желоба или трубы, по которому жидкость с загрязнителями отводится от очищенной поверхности.

Задачи, решаемые установками очистки поверхности, как правило, сводятся к удалению загрязнений, мешающих работе устройств, размещенных на очищаемой поверхности.

Задачей, решаемой данным изобретением, является создание устройства, которое позволяет решать подобные задачи, не загрязняя окружающую среду, сохраняя жидкость, используемую для очистки поверхности, создание замкнутого объема рабочей полости, одной из стенок которой является очищаемая поверхность, уменьшению повреждений (царапин, сколов, потертостей) очищаемой поверхности, исключению специальных устройств для перемещения устройства очистки.

Эта задача решается путем применения кожуха, который выполнен с возможностью движения, содержит рабочую полость, в которой размешен механизм очистки, штуцеры для откачки и подачи воздуха, подачи жидкости, откачки жидкости, и который после прижима к очищаемой поверхности образует с ней замкнутый объем, в котором происходит очистка поверхности.

Для облегчения понимания изобретения можно привести аналогии с мытьем тарелки, которую можно или поместить в посудомоечную машину или можно вымыть под краном. Предлагаемый способ предполагает третий вариант, при котором в посудомоечной машине выполнено отверстие по форме тарелки, и если приложить тарелку к этому отверстию, то ее поверхность будет вымыта.

Если заменить тарелку зданием с стеклянными окнами, а отверстие в посудомоечной машине выполнить по форме окна, то перемещая эту посудомоечную машину краном-манипулятором, можно вымыть все окна этого здания без потерь моющей жидкости.

При этом способе возникает дополнительная возможность замачивания поверхности окна на необходимое время, возможность регенерации моющей жидкости, уменьшение или полное исключение царапин и потертостей окон.

Если при этом дополнить посудомоечную машину устройством откачки воздуха, то сила атмосферного давления будет прижимать эту машину к окну. Если соединить две такие посудомоечные машины шагающим механизмом, то после мойки двух первых окон первую машину прижимают к первому вымытому окну путем откачки воздуха, и используя ее как точку опоры, перемещают вторую машину от второго окна к третьему окну, прижимают ее к третьему окну, освобождают первую машину, переносят ее к четвертому окну, запускают новый цикл очистки и так далее. Указанный способ исключает необходимость в наземном грузоподъемном оборудовании.

Если перенести это устройство на солнечную электростанцию, как правило состоящую из нескольких одинаковых солнечных панелей, содержащих алюминиевую раму 2 с размещенным в ней стеклом 1 с солнечными элементами, расположенных наклонно, и сделать кожух 5 по форме рамы 2 солнечной панели, то прижимая кожух 5 к раме 2, можно избежать контакта кожуха со стеклом 1, сохранив прозрачность стекла и повысив эффективность и долговечность солнечной панели.

Чтобы уплотнить место контакта кожуха 5 и рамы 2 солнечной панели, можно прикрепить к кожуху 5 борта 4 из эластичного материала, и предусмотреть в них вакуумную полость 8, откачивая воздух из которой, можно плотно прижать борта 4 к раме солнечной панели 2.

Признак кожух 5, примыкающий к очищаемой поверхности 1 и 2, содержащий рабочую полость 7, в которой расположен механизм очистки 11, является необходимым элементом изобретения, так как именно это новое техническое решение позволяет сделать изобретательский шаг - изолировать рабочую полость 7 от окружающей среды, создать тем самым замкнутый объем рабочей полости 1, одной из стенок которой является очищаемая поверхность 1 и 2. Этот признак позволяет, во-первых, исключить необходимость применения направляющих устройств для механизма движения 12, во-вторых, исключить потери жидкости на испарение и разбрызгивание и в третьих, создать точку опоры путем откачки воздуха их рабочей полости 7 и/или вакуумной полости 8.

Указанные в независимых пунктах признаки характеризуют частные способы реализации предлагаемого изобретения. Применение бортов 4 из эластичного материала позволяет примыкать кожуху 5 к неровной поверхности 2. Наличие в бортах 4 вакуумной полости 8 позволяет увеличить силу прижима кожуха 5 к очищаемой поверхности 1 и 2. Применение кожуха 5 по форме рамы 2 солнечной панели позволяет исключить контакт кожуха предлагаемого устройства со стеклом 1 солнечной панели. Применение патрубков 6, 9 и 10 позволяет перенести насосы, компрессоры и запасы жидкости из рабочей полости 7 кожуха 5 на внешнюю сторону кожуха 5. Применение шагающего механизма в качестве механизма движения 12 позволяет исключить направляющие для перемещения механизма движения 12 иного типа. Применение откачки воздуха позволяет производить очистку при пониженном давлении воздуха, что понижает температуру точки кипения жидкости, увеличивает силу воздействия жидкости на очищаемую поверхность 1 без увеличения температуры жидкости, увеличивает силу прижима кожуха 5 к очищаемой поверхности 1 и 2 и создает точку опоры для механизма движения 12. Применение неподвижного кожуха 5 также позволяет производить операции замачивания, заполняя рабочую полость 7 поочередно различными жидкостями (растворителями, ПАВ, ополаскивателями и т.д.). Применение бесконтактного перемещения кожуха 5 предлагаемого устройства сохраняет рабочую поверхность 1 от повреждений. Применение как минимум двух кожухов 5 позволяет использовать для их перемещения в качестве механизма движения 12 шагающий механизм. Применение различных фильтров (не показаны) позволяет многократно использовать жидкости для очистки поверхности.

Краткое описание чертежей

В предлагаемом изобретении приняты следующие обозначения основных элементов конструкции:

Солнечная панель 1

Рама солнечной панели 2

Крепление кожуха 3

Борта 4

Кожух 5

Штуцеры откачки и подачи воздуха 6

Рабочая полость 7

Вакуумные пазы 8

Штуцеры подачи жидкости 9

Штуцеры забора жидкости 10

Механизмы очистки 11

Механизмы перемещения 12

На Фиг. 1 показана солнечная панель, состоявшая из стекла с солнечными ячейками 1 и рамы 2, к которой с помощью крепления 3 перемещают кожух 5 до соприкосновения рамы 2 и борта 4. Патрубки 6, 9 и 10 служат для подачи и откачки воздуха и жидкости.

На Фиг. 2 показан разрез предлагаемого устройства, к раме 3 солнечной панели примыкает борт 4 с вакуумной полостью 8, в получившейся рабочей полости 7, образованной кожухом 5, бортами 7 и стеклом солнечной панели 1, размещен механизм очистки 11.

На Фиг. 3 показано движение устройства, кожухи 5 которого через крепление 3 связаны с шагающим механизмом 12, выполненным с возможностью движения кожухов 5 друг относительно друга.

Осуществление изобретения

Заявленное устройство может быть реализовано для очистки множества солнечных панелей одного размера, например 1000*2000 мм. Как правило, на солнечных электростанциях устанавливают панели одного и того же размера, поэтому ограничение на применение устройства под конкретный размер панели не является критичным. Примем для расчетов, что рама 2 занимает по 20 мм с каждой стороны и размер стекла 1 составляет 960*1960 мм. Размер кожуха 5 в этом случае составит в плане 980*1980 мм, и ширина эластичного борта 4 составит 20 мм, при этом предположим, что борт 4 расположен симметрично относительно кожуха 5. Размер вакуумного паза 8 может составить 10 мм в ширину. Периметр рамы составит 5920 мм, площадь вакуумного паза 8 составит 59200 мм² или 592 см². Если откачивать воздух из рабочей полости 7, на величину 0,01 кг/см² относительно атмосферного давления, то при площади кожуха 194 040 мм², или 1940 см², сила прижима составит 194 кг. При откачке воздуха из вакуумного паза 8 до уровня 0.1 км/см² внешнее давление 1 кг/см² будет прижимать борт 4 к раме 2 с силой 592 кг. Указанных усилий достаточно для надежного крепления кожуха 5 к раме 2.

Указанные размеры и форма стекла солнечной панели 1, рамы 2, борта 4 и кожуха 5 взяты только для примера и не ограничивают использование предлагаемого изобретения с поверхностями и кожухами иных форм и размеров, включая трехмерные поверхности.

Внутри кожуха 5 расположен выполненный любым из известных способов механизм очистки 11. Он может быть выполнен в виде щеток, скребков, форсунок, устройств подачи сжатого воздуха, лент из тканого или ворсистого материала, моторов, редукторов, направляющих, ШВП, зубчатых реек и шестерен, насосов, включая вакуумные, компрессоров, клапанов, электродов, генераторов электростатического поля, устройств управления, емкостей для газов и жидкостей, порошков, а также иных известных из уровня техники устройств, выполненных с возможностью движения, возможностью подачи различных моющих и ополаскивающих растворов, приложения напряжения и тока различных полярностей. Часть оборудования механизма очистки 11 может быть вынесена за пределы кожуха 5 и эти части механизма очистки 11 могут быть соединены через штуцеры 6, 9 и 10. В нижней части кожуха 5 может быть выполнено отверстие для штуцеров 10 забора использованной жидкости. Однако в другой реализации заявленного изобретения забор жидкости может производиться и шлангом, расположенным внутри кожуха 5. Конкретная реализация механизма очистки 11 известна специалисту в этой области техники и не рассматривается в этом изобретении.

Заявленное устройство работает следующим образом: известный из уровня техники механизм перемещения 12 присоединен к кожуху 5 через крепление 3 и перемещает кожух 5 с механизмом очистки 11 от одной рамы 2 солнечной панели к другой раме 2 другой солнечной панели. Позиционирование кожуха 5 над рамой 2 известно специалисту в соответствующей области техники и может быть выполнено при помощи ловителей, видеокамер с системой машинного зрения, энкодеров и иным известным из уровня техники способом и не рассматривается в настоящем изобретении. Перемещение кожуха 5 производится на удалении от стекла 1 солнечной панели и стекло 1 при таком перемещении не повреждается и не изнашивается.

После того как кожух 5 будет присоединен к раме 2, кожух 5 может быть прижат к раме 2 как силой давления механизма перемещения 11, так и/или путем откачки воздуха из рабочей полости 7 и/или вакуумной полости 8 борта 4. Возможно использование также и любой комбинации этих вариантов прижима. При небольших углах наклона рамы 2 солнечной панели для крепления кожуха 5 может быть достаточно только его веса и сил трения.

После того как кожух 5 будет непосредственно или через борта 4 прижат к очищаемой поверхности 1, будет образована замкнутая рабочая полость 7, в которой будет производиться очистка поверхности стекла 1 солнечной панели. Использованные жидкости не могут покинуть рабочую полость 7 и поэтому потери жидкостей на разбрызгивание и испарение исключены. Кроме того, появляется возможность заполнения жидкостями всей рабочей полости 7, что позволяет производить замачивание загрязнений.

После завершения цикла очистки усилие прижима кожуха 5 к стеклу 1 солнечной панели снимается путем отвода крепления 3 механизмом перемещения 12, и/или подачей воздуха в полости 7 и 8, после чего кожух 5 переноситься на следующую солнечную панель.

Если к механизму перемещения прикреплены два и более кожуха 4, то возможно использование прижатых к раме 2 кожухов 4 как точек опоры для поочередного переноса кожухов 4 к следующим рамам 2 солнечных панелей.

Возможность полного сбора жидкости с ее последующей фильтрацией значительно снижает потери жидкости на испарение и на разбрызгивание, что позволяет снизить расход жидкости.

Предлагаемый способ очистки поверхности предполагает следующие действия Кожух 5 с расположенным в нем механизмом очистки 11 подводят к поверхности (например, к раме 2 солнечной панели), прижимают кожух 5 (непосредственно или через эластичные борта) к поверхности при помощи механического (за счет действия механизма перемещения 12 на крепление 3 кожуха 5) и/или вакуумного прижима (за счет действия силы атмосферного давления на рабочую полость 7 и/или вакуумную полость 8 после откачки воздуха их этой/этих полости/полостей), создают изолированную от окружающей среды замкнутую рабочую полость 7, при необходимости создают замкнутую вакуумную полость 8 путем откачки из нее воздуха, производят цикл очистки путем приведения в действие расположенного в полости 7 (полностью или частично) механизма очистки 11), при необходимости заполняют рабочую полость 7 жидкостями для отмачивания загрязнений, затем удаляют жидкости и направляют их на фильтр для очистки и повторно используют жидкости в следующих циклах очистки, при необходимости перемещения оставляют один из кожухов 4 прижатым к очищаемой поверхности, перемещая поочередно остальные кожуха 4 механизмом перемещения 11.

Очевидно, что именно наличие признака кожух 4, полностью примыкающий к очищаемой поверхности 1, содержащий рабочую полость 7, в которой расположен механизм очистки 11 является необходимым элементом изобретения, так как именно это новое техническое решение позволяет сделать изобретательский шаг - изолировать рабочую полость 7 от окружающей среды, создать тем самым замкнутый объем рабочей полости 7, одной из стенок которой является очищаемая поверхность 1, и этот признак позволяет получить заявленные технические результаты (экономию жидкости за счет сокращения ее потерь на испарение и разбрызгивание, создание замкнутого рабочего объема, одной из стенок которого является сама очищаемая поверхность 1, получение возможности создания точек опоры за счет сил давления атмосферного воздуха, позволяющих осуществлять перемещение заявленного устройства по поверхности без применения дополнительных опор).

Изобретение относится к области очистки солнечных панелей. Устройство для очистки поверхности солнечных панелей от загрязнений, содержащее как минимум один кожух, выполненный с возможностью движения, примыкающий во время очистки к очищаемой поверхности, содержащий рабочую полость, в которой размещен полностью или частично механизм очистки и в которой производится очистка поверхности, отличающееся тем, что кожух изолирует очищаемую поверхность от окружающей среды, при этом борта кожуха содержат вакуумную полость, выполненную с возможностью удаления воздуха. Технический результат - упрощение конструкции, исключение переходных устройств, снижение металлоемкости крепежных конструкций, упрощение механизма движения предлагаемого устройства. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки поверхности солнечных панелей от загрязнений, содержащее как минимум один кожух, выполненный с возможностью движения, примыкающий во время очистки к очищаемой поверхности, содержащий рабочую полость, в которой размещен полностью или частично механизм очистки и в которой производится очистка поверхности, отличающееся тем, что кожух изолирует очищаемую поверхность от окружающей среды, при этом борта кожуха содержат вакуумную полость, выполненную с возможностью удаления воздуха.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кожух имеет борта, которые выполнены из эластичного материала, прижатые к очищаемой поверхности и создающие тем самым замкнутую рабочую полость.

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что его кожух примыкает к раме солнечной панели, образуя рабочую полость, одной из поверхностей которой является стекло солнечной панели.

4. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит прикрепленные к кожуху крепления кожуха, штуцеры для откачки воздуха, и/или штуцеры подачи и откачки жидкости.

5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что жидкости могут заполнять полностью или частично рабочую полость.

6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что при выполнении очистки поверхности кожух устройства неподвижен.

7. Устройство по любому их предыдущих пунктов, отличающееся тем, что при перемещении кожуха из одного рабочего положения в другое рабочее положение устройство не касается очищаемой поверхности.

8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит как минимум два кожуха, к креплениям которых прикреплен механизм перемещения, выполненный с возможностью перемещения кожухов относительно друг друга.

9. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит фильтры, соединенные с штуцерами подачи жидкости и штуцерами забора жидкости, выполненные с возможностью очистки жидкости.

10. Способ очистки поверхности солнечных панелей от загрязнений, в котором выполненный с возможностью движения кожух, содержащий рабочую полость с размещенным в этой полости механизмом очистки, соединяют с очищаемой поверхностью, отличающийся тем, что кожух изолирует рабочую полость от окружающей среды, причем используют кожух с бортами, содержащими вакуумную полость, из которой удаляют воздух.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что из рабочей полости удаляют воздух.

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что прижимающая сила, возникающая при откачке воздуха из рабочей и/или вакуумной полостей устройства, используется для крепления устройства к очищаемой поверхности.

13. Способ по любому из пп. 10-12, отличающийся тем, что кожух устройства при перемещении не касается очищаемой поверхности.

14. Способ по любому из пп. 10-13, отличающийся тем, что кожух устройства при очистке поверхности неподвижен.

15. Способ по любому из пп. 10-14, отличающийся тем, что очищаемая поверхность является одной их стенок рабочей полости.

16. Способ по любому из пп. 10-15, отличающийся тем, что жидкость после очистки перемещают в фильтр, очищают ее в фильтре, а затем очищенную жидкость из фильтра перемещают в рабочую полость.

17. Способ по любому из пп. 10-16, отличающийся тем, что в рабочую полость подают жидкость и оставляют ее на время, необходимое для замачивания загрязнений.

18. Способ по любому из пп. 10-17, отличающийся тем, что кожух присоединяют к раме очищаемой солнечной панели.