Концентратор солнечного излучения Советский патент 1990 года по МПК G02B5/10 

Шиг.1

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к концентраторам солнечного излучения.

Целью изобретения является расши- рение диапазона работы концентратора путем создания равномерной плотности излучения в его фокальной зоне для падающего потока коллимированного излучения .

На фиг. 1 показана конструктивная Схема и принцип работы концентратора солнечной энергии; на фиг, 2 - его расчетная схема.

Концентратор солнечного излучения содержит симметричную отражающую поверхность 1 (фиг. 1), выполненную в виде фоклина 2. Образующая отражающей поверхности 1 (фиг, 2) выполнена в виде кривой, описываемой парамет- рическими уравнениями

v (K+2p)r Kr f(K+P)t +K-P Ч

к+Ъ

К Р K+p) 2К

л

X-f+(K+p)Y-(K+2p)r,

где X,Y - текущие значения кривой в декартовой системе координат;

р - коэффициент отражения по- верхности;

К - коэффициент концентрации;

г - ширина фокальной полосы одной половины фоклина;

t - параметр, имеющий граничные значения

.:-fc61 rЈK+2$T

Р

В выходном окне фоклина 2 установлен приемник 3, Луч, отраженный от произвольной точки В (фиг, 2) образующей с ординатой Y, падает в точку Ъ приемника с ординатой у. При этом условием обеспечения одинаковой плотности сконцентрированного излучения по ширине приемника г является

t

Y

К

(О

ГЈ2г2Ј г-у где К - коэффициент концентрации;

Р - коэффициент отражения поверхности.

Из прямоугольного треугольника BDd имеем

- I л 2

(Y-y)ctgC130-u) -(Y-y)ctgu,

5 0

C

0

г

0

5

0

5

где u - угол между падающим и отраженным лучами.

Выразив ctgu через котангенс половинного угла и учитывая, что dY/dX ctgu/2, получают дифференциальное уравнение

§ -1 -«- -® -°Подставив в это выражение у из (1), обозначив dY/dX через t и выполнив преобразования, получают

2

, X - f + (K+p)Y - (К+2р)г . (2)

Продифференцировав по Y выражение (2) и выполнив преобразования, получают

dY +1) jfyr

dt + (K+pXt -irf

Производя интегрирование и упрощения, получают

-jEL

т . g|Јr+ Дк±Рн ь1Л. (3)

Р (K+p)

Для определения постоянной интегрирования допускают, что точка А искомой образующей совпадает с точкой некоторой параболы с началом в точке Е (0; г) и фокальным параметром г, Для точки A Ye -2г и 10 1. При этих начальных условиях из (3) постоянная интегрирования

г гК

С -в-.

(2К)-Р

Подставив значение С в г(3), получают

Ј-

P. (4)

К+Р (K+p) 2K J

Выражения (2) и (4) позволяют рассчитывать фоклин 2 (фиг, 1) с равно- меризацией распределения энергии на плоском приемнике. Пределы изменения параметра t

t 2p)&t . .„. .

Концентратор солнечного излучения работает следующим образом,

Падающее коллимированное излучение фокусируется поверхностью 1 (фиг.1) на приемнике 3 с одинаковой плотностью по ширине 2г. При этом точки А и С верхней половины фоклина 2 отражают соответственно в точки а и с (фиг. 2) фокальной полосы, а промежуточные точки этой половины фоклина. - пропорционально в точки между а и с ширины фокальной полосы.

В другом варианте (не показано) обе поверхности фоклина имеют совмещенные фокальные полосы, благодаря чему обеспечивается вдвое больший коэффициент концентрации. При этом расстояние между ближайшими концами фоклина втрое превышает, ширину фокальной зоны.

Например, если принять К 3; ,8иг 10мм, что при первом варианте фоклина 2 (фиг. 1) соответствует коэффициенту концентрации излучения, равному четырем, то длина образующей одной поверхности 1 фоклина 2 равна-110 мм. Это соответствует эффективности использования зеркальной поверхности, равной 0,341. При этом параметрический угол получается равным 30°, При тех же исходных данных для известного параболо- цилиндрического фоклина эти величины получаются равными соответственно 276 мм; 0,136 и 11°. В случае много- секционного плоского фоклина они соответственно равны:- 252 мм; 0,14§ и 15°. Эффективность использования зеркальной поверхности фоклина больше, чем у известных параболоцилиндри ческого и многосекционного плоского фоклинов соответственно в 2,51 и 2,29 раза, а параметрический угол больше соответственно в 2,7 и 2,0 раза.

Аналогично при К 5; 0 0,3 и г 10 мм длина образующей одной поверхности 1, эффективность использования зеркальной поверхности и параметрический угол равны соответственно 220 мм; 0,284 и 2Q0 . У известных параболоцилиндрического и многосекционного плоского фоклинов эти величины равны соответственно 600 мм; 7°56 . и 508 мм; 0,123; 10°. В этом случае соотношение параметрических углов остается примерно таким же, как и при К 3, а соотношение эффективностей использования зеркальных поверхностей равно соответственно 2,73 и 2,31, что свидетельствует о росте эффективности использования зеркальной поверхности фоклина с ростом коэффициента концентрации.

62335 6

Концентратор может применяться также для концентрирования солнечного излучения. Ввиду конечного углового размера и неравномерности распределения яркости по диску Солнца плотность сконцентрированного излучения по ширине фокальной полосы не является строго одинаковой. Тем не менее

JQ имеет место значительная равномериза- ция сконцентрированного излучения, что расширяет.функциональные возможности применения предлагаемого концентратора.

jjИзобретение позволяет изготовить

фоклин с заданным коэффициентом концентрации излучения в фокальной зоне при сохранении одинаковой плотности сконцентрированного излучения по ее

20 ширине, просто в изготовлении и не требует юстировки отражающей поверхности.

Формула изобретения

25

Концентратор солнечного излучения, содержащий симметричную отражающую поверхность, выполненную в виде фоклина, отличающийся тем, . что с целью расширения диапазона работы концентратора путем создания равномерной плотности излучения в его фокальной зоне для падающего потока коллимировэнного излучения, образующая отражающей поверхности выполнена в виде кривой, описываемой параметрическими уравнениями

Y ()г

Т+Р . JL

г- 2 1

(К+Ј) | г .

2К

J

;Кг + .т;-р(K+pH iTT (K+p)Y-(K+2f),

где X, Y - текущие значения кривой в декартовой системе координат;. О - коэффициент отражения

поверхности;

К - коэффициент концентрации;- г - ширина фокальной зоны одной половины фоклина;

t - параметр, имеющий гранйч- 4 ные значения t/Y

-r(K+2L0)1 Р

Шм.1

Изобретение относится к гелиотехнике. Цель изобретения - расширение диапазона работы концентратора путем создания равномерной плотности излучения в его фокальной зоне для падающего потока коллимированного излучения. Концентратор солнечного излучения содержит симметричную отражающую поверхность (П) 1, выполненную в виде фоклина 2. Образующая П 1 имеет вид кривой, описываемой параметрическим уравнением, учитывающим коэффициент отражения П 1, коэффициент концентрации и ширину фокальной зоны концентратора. 2 ил.

Редактор Й.Шулла

Составитель П.Шендерович Техред М.Ходанич

Заказ 1064

Тираж 460

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям .при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5

Корректор Т.Малец

Подписное