Солнечный коллектор

 

Изобретение относится к области создания высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия. Сущность изобретения заключается в том, что в солнечном коллекторе, содержащем установленные рядами продольные клиновидные элементы с отражающими гранями, между которыми расположены витки змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, согласно изобретению труба теплоприемника выполнена прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью, образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами граней смежных клиновидных элементов, причем грани элементов выполнены зеркальными и с различной кривизной, нижняя часть которых выполнена вогнутой, центр кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая часть грани клиновидного элемента начинается от нижнего ребра трубы и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть граней элементов выполнена прямолинейной до вершины. Изобретение позволит получить высокие температуры теплоносителя без использования систем слежения за Солнцем. 4 ил.

Изобретение относится к области создания высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия, например для получения электрической энергии, холода с высоким КПД, а также для бытовых нужд.

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус и размещенную в нем трубную панель с поперечными ребрами, образующими гофрированную поверхность, причем, по меньшей мере, часть ребер имеет смежные верхний отражающий и нижний поглощающий участки, контактирующие с поверхностью труб, а на отражающих участках выполнены фигурные прорези, ориентированные по касательным к поверхности труб, проведенным из точек, лежащих на границе участков и равноудаленных от осей соседних труб (а.с. СССР 1536178, F 24 J 2/26, 15.01.1990).

Недостатком данного коллектора является невозможность получения в нем высоких температур нагреваемого теплоносителя в связи с недостаточной его способностью улавливать солнечную энергию и преобразовывать ее в тепло.

Также известен солнечный коллектор, содержащий теплоизолированный корпус со светопрозрачным ограждением, установленные в нем трубчатые поглотители тепла, подсоединенные к коллекторам подвода и отвода жидкости, а под поглотителями установлены концентраторы с возможностью поворота вокруг своих осей (а.с. СССР 918711, F 24 J 2/24, 17.04.1982).

Недостатком данного коллектора также является невозможность получения в нем теплоносителя высокой температуры и устройства слежения (поворота) за Солнцем.

Наиболее близким техническим решением к предложенному солнечному коллектору является солнечный тепловой коллектор, содержащий расположенные рядами клиновидные фоклины с поворотными при помощи тяг стенками, снабженными на нижних кромках шарнирами, установленные внутри фоклинов приемники излучения с подключенными к ним трубопроводами для теплоносителя, а сам теплоприемник выполнен в виде змеевиковой трубы (а.с. СССР 1451474, F 24 J 2/06, 15.01.1989).

Недостатком известного коллектора является наличие регулируемых граней у фоклинов для слежения за Солнцем и невозможность обеспечить попадание фокальных точек точно на змеевиковую трубу, что не позволяет достичь высоких температур теплоносителя.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение максимального улавливания солнечного излучения путем расположения теплоприемника точно в фокальных точках отражателя-концентратора без использования механизмов слежения за Солнцем.

Указанная техническая задача решается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем установленные рядами продольные клиновидные элементы с отражающими гранями, между которыми расположены витки змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, согласно изобретению труба теплоприемника выполнена прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью, образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами боковых граней смежных клиновидных элементов, причем грани элементов выполнены зеркальными и с различной кривизной, нижняя часть которых выполнена вогнутой, центр кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая часть граней элемента начинается от нижнего ребра трубы и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть граней элементов выполнена прямолинейной до вершины.

Место расположения витков змеевиковой трубы и ее выполнение прозрачной с поперечным сечением в виде прямоугольника и выпуклой верхней поверхностью обеспечивают попадание фокусных точек отражателей в полость трубы и, следовательно, полное улавливание солнечной энергии теплоносителем.

Выполнение верхней грани выпуклой совместно с теплоносителем позволяет образовать мелкую линзу (растр), что также влияет на максимальную концентрацию солнечной энергии в полости трубы.

Центр кривизны нижней вогнутой части граней элементов расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника для обеспечения вписывания в полость сечения труб кривой перемещения фокальной линии клиновидных отражательных элементов.

На фиг.1 изображен общий вид коллектора, на фиг.2 - клиновидный элемент, на фиг. 3 - расположение трубы между смежными гранями элементов, на фиг.4 - формирование отраженных пучков при крайних и среднем положениях Солнечного склонения.

Солнечный коллектор содержит установленные рядами продольные клиновидные элементы 1 с отражающими гранями 2, между которыми расположены витки 3 змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, выполненной прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью 4 (фиг.3), образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем 5 мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами 6 зеркальных граней смежных клиновидных элементов, выполненных с различной кривизной, нижняя часть 7 которых выполнена вогнутой, центр O₁ кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность 4 витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая нижняя часть 7 грани 2 клиновидного элемента начинается от нижнего ребра трубы на высоте толщины ее нижней стенки и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть 9 граней элементов выполнена прямолинейной до вершины. Позициями 10, 11, 12 (фиг.3) обозначены прямые лучи, позициями 10*, 11* - отраженные солнечные лучи. На фиг.4 изображено формирование отраженных пучков при крайних 13 и 14 и среднем 15 положениях Солнечного склонения.

Солнечный коллектор работает следующим образом.

Коллектор собирается до необходимых размеров и устанавливается в необходимом месте. Солнечные лучи, попадая на нижнюю вогнутую часть 7 и верхнюю прямолинейную часть 9 граней 2 клиновидных зеркальных отражательных элементов не зависимо от положения Солнца в течение светового дня и зимнего и летнего Солнечного склонения, концентрируются и отражаются на теплоприемник в виде витков 3 змеевиковой трубы. Выполнение трубы с прямоугольным поперечным сечением определенной высоты и ширины и верхней выпуклой поверхностью 4, образующей совместно с теплоносителем 5 мелкую линзу, и место ее установки обеспечивают максимальное улавливание солнечной энергии. Для увеличения угла захвата солнечной энергии, а следовательно, и величины концентрации солнечной энергии, определяющей мощность фокальной зоны концентратора, зеркальные грани 2 клиновидных элементов имеют прямолинейные участки 9 (фиг.2) сечений, начиная с точки касательной к лучу 12 (при максимальном угле склонения), то есть когда радиус (R₂) образует с лучом 12 прямой угол, до точки соединения отраженного луча 11* другого крайнего положения Солнца с вершиной прозрачной трубы теплоприемника.

Использование данного солнечного коллектора позволит обеспечить получение высоких температур теплоносителя, не используя при этом систем слежения за Солнцем. Коллектор отличается простотой конструкции.

Формула изобретения

Солнечный коллектор, содержащий установленные рядами продольные клиновидные элементы с отражающими гранями, между которыми расположены витки змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, отличающийся тем, что труба теплоприемника выполнена прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью, образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами граней смежных клиновидных элементов, причем грани элементов выполнены зеркальными и с различной кривизной, нижняя часть которых выполнена вогнутой, центр кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая часть грани клиновидного элемента начинается от нижнего ребра трубы и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть граней элементов выполнена прямолинейной до вершины.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4