Солнечный коллектор Советский патент 1991 года по МПК F24J2/16 

R

0,5

b 1+(

v v 1 -cosp -Ј. sln/ +-Јcos/8.

Солнечный коллектор работает следующим образом.

Солнечное излучение, падающее на коллектор, частично попадает на верхнюю часть поверхности трубок 1 с теплоносителем, а частично проходит между ними и попадает на отражатель 2. Конструктивные соотношения параметров элементов коллектора обеспечивают переотражение любого прошедшего между трубками I солнечного луча на их нижнюю часть поверхности.

Пространство между отражателем и защитным стеклом при наличии корпуса может быть заполнено средой подавляющей конвекцию, например вакуумировано. Поверхность светопоглощающих трубок может быть покрыта слоем, селективно отражающим излучение; ИК-диапазона длин волн оптического излучения.

Для обоснования присущих солнечному коллектору свойств полной утилизации падающего на него солнечного (как прямого, так и рассеянного) излучения рассматрива- . ют основные соотношения, определяющие условия переотражения всех лучей, упавших на отражатель 2, на трубки 1.

Анализ хода лучей а оптической системе коллектора производя в силу ее плоской симметрии только в поперечной плоскости

0,5 b cos a

-Н

О)

Н since R

(2)

Строят мнимое изображение окружно- стей трубок. При этом отметим, имея ввиду касание граней Pi и г центра координат и симметричное расположение окружностей относительно оси Y0, эквивалентность мнимого изображения, соответствующего зер- кальному отображению, развороту

окружностей на угол р.

.

где р и р - угловое расположение точки 02 соответственно в действительном и мнимом положениях;

Ј - угловое положение плоскостей граней, соответственно прямых Pi и Р2 в плоскости XOY,

Строим мнимое изображение 02 окружности 02 относительно прямой Ра, для кото31с.

рых , $0 , и соответственно

.

На основе имеющихся данных записываем значения радиусов векторов центров 55 окружностей От, Оа и Од1 в введенной системе координат

П

Г2

Л Л

-Ы + Н|:

/ Hj;

- Iл

Г2 Hsin 2 a - H cos 2 «j

Тогда еще одним необходимым условием отсутствия неутилизированных однократно отраженных лучей будет отсутствие прямых, проходящих между окружностями

01,02 И 02 ИЛИ

системе из пяти неравенств, которые содержат четыре независимые переменные b,R,H ла.

Решение этих соотношений целесообразно проводить при условии

R

мин,

(6)

Изобретение относится к гелиотехнике и направлено на повышение оптического КПД солнечного коллектора. Солнечный коллектор содержит ряд параллельных расположенных в одной плоскости равноудаленных одна от другой светопоглощающих трубок 1 и гофрированный отражатель 2 треугольного профиля, нижние ребра которого расположены под светопоглощающими трубками. Грани отражателя образуют между собой двугранный угол 133° 20 , их ширина в 1,85 раз, а расстояние между ними и центрами трубок в 1,97 раз больше радиуса трубок. 1 ил.

l(n-rV)x(ri-r2)l

1П-Г21

с учетом значений векторов выражение несложно преобразовать

0,5Ъ

Vl +(

b/H + sin 2 а 1 +cos 2 а

Совокупность неравенств (1-3) представляет собой достаточные условия отсутствия выхода однократно отраженных лучей, поскольку они описывают практически все возможные ситуации при уходе однократно отраженных лучей.

Для анализа хода двукратно отражен- ных лучей (последовательно от Pi и ) рассматриваем соответствующее данному ходу лучей двойное мнимое изображение центра окружности.

Поскольку для PI - а, а для Р2

Ј а. и f - -fj-, то для двойного мнимого

изображения ф - 4 а +

л

Полученное мнимое изображение однозначно соответствует мнимому (однократному зеркальному) изображению относительно прямой OQ, расположенной

под углом Ј 2 а + -у-.

При этом точка Q является проекцией точки А на данную прямую.

Очевидно, что вместе с вектором Г2 на тот же угол разворачивается прямая OiQ, на которой располагаются центры окружностей.

Таким образом, анализ отсутствия двукратного отраженных неутилизированных лучей сводится к анализу однократно отраженных лучей. Очевидным условием отсутствия последних будет покрытие проекции окружности Оз на прямую OQ или

b sin2а- Н cos2

0,5b tg a+ H cos 2 a- b sin 2 a R .(5)

Таким образом, три возможные ситуации, определяющие обратное отражение падающих на коллектор лучей, сводится к

10

15

20

25

которое соответствует условию минимальной общей поверхности теплопри- емных труб и, следовательно, минимуму потерь на теплоизлучение с их поверхности.

Анализ указанных соотношений (1-6) показывает, что минимальное значение R/b определяется неравенствами (1),(3) и (4). Для подтверждения этого утверждения достаточно решить вытекающую из неравенства (1),(3) и (4) систему нелинейных уравнений для переменных R/b, H/b и / я - 2а чтобы убедиться, что остальные неравенства. также выполняются

° 5 --y-cos/3/2

sin Ј/2 b 0,5

30

f1+ (Ь/Н+«1пД )2 v v 1 -cos/

R sin/3-f Jl cos/.

Численное решение системы уравнений (естественно в положительной области значений величин b.R.H и /J) дают следующие

значения:

40

0.2946

Н

0,631

50

55

Ј 133° 20.

Непосредственно убеждаемся, что неравенства (2) и (5) соблюдаются также. Соответственно имеем

0.2514 0.2946 -0.08356 0.2946

i

Найденные значения (при решении системы уравнений) являются точкой минимума R/b. Действительно любое увеличение R/b не нарушает условий неравенств (1Чэ).

Формула изобретения Солнечный коллектор, содержащий ряд параллельных расположенных в одной плоскости равноудаленных одна от другой светопоглощающих трубок и гофрированный отражатель треугольного профиля, нижние ребра которого расположены под светопоглощающими трубками, о т- личающийся тем, что, с целью повышенцяьол-тического КПД, радиус R трубок, величина дЬугщнного угла/3 между гранями отраж ателя, расстояния Ь и Н между центрами т рубок/а также между центрами

трубок и нижними ребрами отражателя связаны системой равенств