Автоматический гелиоконцентратор с неподвижным приемником излучения

Авторы патента:

Блинников Юрий Владимирович (RU)

F24J2/54 - специально предназначенные для вращательного движения

Владельцы патента RU 2491483:

Блинников Юрий Владимирович (RU)

Автоматический гелиоконцентратор с неподвижным приемником излучения предназначен для использования тепловой солнечной энергии. Гелиоконцентратор состоит из привода 1, например часового механизма, шестерни 2, закольцованной цепи 3, рычага 4, концентратора 5 с осью вращения 6, основания 7 и приемника излучения 8. Шестерня 2, жестко закрепленная на валу привода 1, способна перемещаться по внешней и внутренней дугам цепи 3 в прямом и обратном направлениях. Это обеспечивает вращение концентратора 5 через скользящее соединение привода 1 с рычагом 4, другой конец которого жестко связан с концентратором 5, ось которого 6 закреплена на основании 7. Время движения шестерни 2 по четверти окружности внешней дуги цепи 3 составляет 12 часов. За это время концентратор 5 повернется на 90°. Это позволяет в дневное время отраженные концентратором 5 солнечные лучи постоянно направлять на неподвижный приемник излучения 8. Конфигурация цепи рассчитана так, что при прямом и обратном ходе шестерни 2 число ее оборотов одинаково, что обеспечивает автоматическую работу гелиоконцентратора. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения прямого и обратного хода концентратора по одноступенчатой схеме. 4 ил.

Автоматический гелиоконцентратор с неподвижным приемником излучения предназначен для использования тепловой солнечной энергии.

Устройство относится к гелиотехнике, в частности к механизмам ориентации солнечных концентраторов, и может быть использовано во многих хозяйствах для нагревания жидкости, выработки электроэнергии, для нагревания различных неподвижных объектов за счет энергии солнца.

Устройство состоит из привода, шестерни, цепи, рычага, концентратора с осью и основания. Устройство обеспечивает автоматическое вращение концентратора в азимутальном направлении (днем - с востока на запад, а ночью в обратном направлении).

Известно устройство, содержащее механизм ориентации для солнечного модуля со стационарным и дополнительными концентраторами, содержащими фотоэлементы, зубчатое колесо и шестерни, приводимые во вращение исполнительным механизмом (патент RU 2243457 от 27.12.2004 F24J 2/54).

Недостатком данного устройства являются дополнительные отражатели, предназначенные (по мнению автора) компенсировать затемнение неподвижного концентратора, лишь усложняет конструкцию. Реверсивный исполнительный механизм и наличие датчиков слежения также усложняет конструкцию устройства.

Прототипом предлагаемого изобретения может быть «Автоматическое устройство для концентрации солнечных лучей на неподвижном объекте», содержащем: часовой механизм, скобу основания, коромысло, большую и малую шестерни, ролик, рычаг и концентратор с осью вращения. (патент RU 2435112 от 13.05. 2010 F24J 2/54).

Недостатком этого устройства является двухступенчатая передача вращения от привода к концентратору. Это усложняет конструкцию. Здесь передача вращения от часового механизма к концентратору осуществляется через малую и большую шестерни - первая ступень, а прямой и обратный ход концентратора, обеспечиваемый остальными механизмами - вторая ступень.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства за счет обеспечения прямого и обратного хода концентратора по одноступенчатой схеме.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в автоматическом гелиоконцентраторе с неподвижным приемником излучения, состоящем из привода, например, часового механизма, шестерни, закольцованной цепи, рычага, концентратора, оси и основания, согласно изобретению, шестерня жестко закреплена на валу привода с возможностью перемещения по внешней и внутренней дугам закольцованной цепи в прямом и обратном направлении с возможностью вращения концентратора через скользящее соединение привода с рычагом, другой конец которого жестко связан с концентратором, ось вращения которого закреплена на основании, причем числа оборотов шестерни в прямом и обратном направлениях равны, а время движения шестерни по внешней дуге цепи в 90° составляет 12 часов.

Устройство представлено на 1-4 фиг.

На фиг.1 представлены фазы положения Солнца относительно концентратора 1 и неподвижного объекта 2.

На фиг.2 изображена траектория перемещения шестерни 1 внутри закольцованной цепи 2.

На фиг.3 представлен чертеж предлагаемого устройства (вид сверху).

На фиг.4 - фотография макета устройства.

Для уяснения представления предлагаемого изобретения рассмотрим теоретическую сторону (фиг.1)

Здесь показана принципиальная схема расположения перемещающегося Солнца, концентратора 1 и приемника излучения - неподвижного объекта 2. Ось вращения концентратора 1 сориентирована в пространстве перпендикулярно солнечным лучам.

Утром Солнце находится на востоке (солнечный диск слева), касательная дуги концентратора 1 сориентирована под углом 45° к горизонтальной линии. Лучи, испускаемые Солнцем, преломятся концентратором 1 и отразятся, сфокусировавшись на неподвижном объекте 2. Следующая фаза - зенит. Чтобы теперь солнечные лучи отразились на неподвижном объекте 2, необходимо, чтобы касательная дуги концентратора 1 была расположена горизонтально. Т.е. за время поворота Солнца на 90° концентратор 1 должен повернуться только на 45°.

Итак, чтобы соблюдалось условие постоянного отражения солнечных лучей на неподвижном объекте 2, необходимо, чтобы концентратор 1 поворачивался в два раза медленнее скорости вращения Солнца.

В основу предлагаемого изобретения положено взаимодействие шестерни 1 и цепи 2, имеющей особую конфигурацию (фиг.2).

Закольцованная цепь 2 уложена в плоскости основания 3 с конфигурацией внешней и внутренней дуг, имеющих общий центр О. Внутри цепи 2 вращается шестерня 1. Она вращается всегда в одном направлении например, против часовой стрелки.

Вращаясь, шестерня 1 перемещается по внешней дуге цепи 2. Дойдя до конца этой дуги, ось вращения шестерни 1 начнет перемещаться вниз, в сторону центра О, например на одно звено цепи 2. Когда зубья шестерни 1 коснутся внутренней дуги цепи 2, ось вращения шестерни 1 будет перемещаться над внутренней дугой (показано штрих-пунктирной линией) до крайнего левого положения. После чего шестерня 1 переместится вверх в исходное положение.

Таким образом, ось нереверсивной шестерни 1 внутри закольцованной цепи 2 будет совершать вращательно - возвратные перемещения относительно центра О.

При расчете конфигурации цепи 2 необходимо обеспечить два условия:

1 - время прохождения шестерни 1 по четверти окружности внешней дуги должно быть равно 12 часам. 2 - длина и конфигурация цепи 2 должны обеспечить равенство оборотов шестерни 1 в прямом и обратном направлениях.

В плоскости основания 3, на котором уложена цепь 2 отфрезерован паз по штрих - пунктирной линии (показан на фиг.4), внутрь которого входит конец оси шестерни 1 для предотвращения выхода ее из зацепления с цепью 2.

Конструкция предлагаемого устройства представлена на фиг.3.

Автоматический гелиоконцентратор с неподвижным приемником излучения состоит из: привода 1, на оси которого жестко закреплена шестерня 2, находящаяся в зацеплении с цепью 3, уложенной на основании 7. Привод 1 имеет сквозные отверстия, в которые вставлен вилкообразный рычаг 4, второй конец которого жестко прикреплен к концентратору 5, ось вращения 6 которого вставлена в основание 7.

Устройство работает следующим образом.

В исходном положении привод 1 и шестерня 2 находятся в начале внешней дуги цепи 3. Солнце находится на востоке. Лучи, падающие на концентратор 5 под углом 45 к его плоскости, отразятся под тем же углом на приемник излучения 8. Привод 1 с шестерней 2 перемещаются по звеньям цепи 3 по внешней ее дуге. За 12 часов они достигнут положения, показанного на фиг.3 пунктиром. При этом рычаг 4, а значит и концентратор 5 повернутся вокруг оси 6 на 90°.

Солнце за эти 12 часов повернется на 180°. И отраженные его лучи от нового положения концентратора 5 (показанного пунктиром) отразятся на приемник излучения 8.

Согласно теории, рассмотренной выше (фиг.1), если концентратор 5 вращается в 2 раза медленнее, чем вращается Солнце (как в нашем случае), то в любой момент времени солнечные лучи, отразившись от концентратора 5, будут падать на неподвижный приемник излучения 8.

Но в летнее время день длится более 12 часов, поэтому вращение шестерни 2 по внешней дуге цепи 3 продолжается до ее конца. Дальнейшее вращение шестерни 2 переместит ее вместе с приводом 1 (например на одно звено цепи 3) вниз в направлении оси вращения концентратора 6. Дальнейшее вращение шестерни 2 будет происходить по внутренней дуге цепи 3 в обратном направлении. Достигнув крайнего левого положения, шестерня 2 вместе с приводом 1, переместившись на одно звено цепи 3 вверх, займут исходное положение.

При этом важно, чтобы конфигурация цепи 3 обеспечивала движение шестерни 2 в прямом (по внешней дуге) и обратном направлениях одинаковое число оборотов.

Примечание: на фиг. 3 и 4 концентратор 5 показан плоским потому, что может быть применена линза Френеля с отражением лучей, сфокусированных на приемнике излучения.

Приводом может быть часовой механизм. В этом случае ось часовой стрелки, жестко связанная с шестерней 2 должна совершать один оборот при повороте концентратора 5 на 90°.

Предлагаемое изобретение расширяет функциональные возможности устройства. Здесь приводом может быть синхронный электродвигатель с другой редукцией на выходном валу. Например 1/300 об/мин. Выходной вал такого электродвигателя будет совершать один оборот за 5 часов. Значит за 12 часов выходной вал электродвигателя совершит: 12:5=2,4 оборота. При этом увеличится длина цепи, что снизит требование к мощности двигателя.

Автоматический гелиоконцентратор с неподвижным приемником излучения может работать автономно многосуточно при условии автоподзаряда часового механизма с помощью электропривода или от синхронного электродвигателя (в качестве привода) с питанием от аккумулятора, подзаряжаемого от солнечных элементов (не представленных на чертежах).

Автоматический гелиоконцентратор с неподвижным приемником излучения, состоящий из привода, например, часового механизма, шестерни, закольцованной цепи, рычага, концентратора, оси и основания, отличающийся тем, что шестерня жестко закреплена на валу привода с возможностью перемещения по внешней и внутренней дугам закольцованной цепи в прямом и обратном направлении с возможностью вращения концентратора через скользящее соединение привода с рычагом, другой конец которого жестко связан с концентратором, ось вращения которого закреплена на основании, причем числа оборотов шестерни в прямом и обратном направлениях равны, а время движения шестерни по внешней дуге цепи в 90° составляет 12 ч.

Изобретение относится к устройствам солнечной энергетики и может найти применение при конструировании и изготовлении установок с фотоэлектрическими модулями, требующими как одноосного, так и двухосного слежения за солнцем.

Установка автоматического слежения приемной панели за солнцем // 2482401

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к устройствам, которые используются для ориентации рабочей поверхности солнечных модулей, водонагревателей (гелиосистем) и т.д.

Солнечная концентраторная фотоэлектрическая установка // 2476956

Аппарат, использующий солнечную энергию для подогрева и выработки электроэнергии // 2476782

Изобретение относится к солнечным установкам с функциями подогрева и выработки электроэнергии, включающим в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, приспособленный к приведению в действие механизмов, способных ориентировать себя к солнцу в течение дня таким образом, чтобы получать максимальное количество солнечной энергии для нагревания и аккумулирования жидкостей для различных применений и для выработки электрической энергии с высокими энергетическими КПД.

Способ и устройство для вращения панелей солнечных батарей // 2474768

Изобретение относится к области использования солнечной энергии и может быть применено в устройствах солнечных батарей и предназначено для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения.

Установка для выработки электрической энергии с использованием солнечной энергии // 2442083

Изобретение относится к установке для выработки электроэнергии, а именно к установке для выработки электрической энергии с использованием солнечной энергии. .

Установка для подогрева воды с использованием солнечной энергии // 2440540

Изобретение относится к водонагревателям, в частности к установке для подогрева воды с использованием солнечной энергии. .

Модуль солнечной электростанции // 2437036

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в солнечных электростанциях на основе фотоэлектрических преобразователей. .

Автоматическое устройство для концентрации солнечных лучей на неподвижном объекте // 2435112

Устройство для преобразования солнечной энергии // 2434184

Изобретение относится к устройствам для преобразования солнечной энергии. .

Устройство для ориентации приемника солнечной энергии // 2516595

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве устройства поворота приемников солнечной энергии (следящей системы) в установках, преобразующих энергию излучения Солнца в другие виды энергии. Устройство для ориентации приемника солнечной энергии содержит механизм ориентации по зениту и механизм ориентации по азимуту, включающий резервуар с рабочей жидкостью, согласно решению резервуар выполнен цилиндрическим и снабжен азимутальным копиром, представляющим собой, по крайней мере, один винтовой паз, выполненный на внутренней поверхности резервуара, механизм ориентации по азимуту содержит вал со шлицами, расположенный по оси симметрии резервуара, поплавок, закрепленный на валу с возможностью перемещения вдоль шлицов, сильфон с постоянной разностью уровней входного и выходного отверстий, закрепленный на поплавке, при этом входное отверстие погружено в рабочую жидкость, а выходное отверстие выведено за пределы резервуара, на боковой поверхности поплавка закреплена по крайней мере одна траверса азимутального копира с роликом на конце, расположенным в винтовом пазе резервуара; устройство дополнительно включает механизм ориентации по зениту содержит шток, кинематически скрепленный с валом, толкатель, выполненный с возможностью поступательного перемещения, при этом концы штока и толкателя соединены шарнирно с приемником солнечной энергии. Технический результат заключается в повышении надежности устройства за счет упрощения конструкции и точности ориентации гелиоприемника на Солнце за счет использования сифонного часового механизма, обеспечивающего плавный равномерный поворот. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель // 2535193

Изобретение относится к солнечным теплоустановкам и может быть использовано в целях теплоснабжения жилых и производственных помещений и других объектов, а также для иных бытовых и технологических нужд. Коллектор имеет в качестве абсорбера упругую панель, создающую в замкнутой полости при своей деформации избыточное давление, как в диафрагменном насосе. Деформация панели в циклическом режиме обеспечивается нагреваемыми солнечным излучением теплочувствительными элементами. Такая конструкция коллектора с системой клапанов обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе солнечного теплоснабжения без электроприводных нагнетателей даже при наиболее распространенном расположении коллектора выше теплоснабжаемых объектов. Кроме того, коллектор-нагнетатель снабжен энергонезависимым устройством самоориентации на источник излучения в виде, например, воспринимающей солнечное излучение теплочувствительной трехслойной пластины, кинематически связанной с поворотным основанием коллектора. Таким образом, солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель обеспечивает эффективное преобразование солнечной энергии практически в любых условиях ее использования без применения известных электроприводных систем подачи теплоносителя и систем ориентации солнечных коллекторов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Устройство ориентации гелиоустановки // 2542707

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещаемым источником тепловой радиации. В устройстве ориентации гелиоустановки, содержащем основание с опорной стойкой, ориентирующую раму гелиоустановки, привод ориентации, систему азимутального слежения, согласно изобретению рама дополнительно снабжена установленными перпендикулярно ее плоскости передними и задними управляемыми шторками с приводами, датчиками ветра, которые через систему управления подключены к приводам шторок. Изобретение позволяет экономить энергию аккумулятора и использовать бесплатную энергию ветра для поворота устройства ориентации. 3 ил.

Солнечная энергоустановка // 2548244

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок с фотоэлектрическим датчиком слежения за Солнцем и системами азимутального и зенитального поворотов плоскости солнечной энергоустановки. Энергоустановка содержит принимающую солнечную энергию плоскость, систему управления приводами азимутального и зенитального поворотов плоскости и разворота ее с запада на восток, валы приводов, систему слежения за Солнцем. Система слежения включает в себя два фотоэлектрических модуля, закрепленных на выносной платформе, которая установлена параллельно принимающей солнечную энергию плоскости энергоустановки. Первый фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по азимуту, в конструкции которого размещены два фотоэлемента слежения за Солнцем и командный фотоэлемент разворота принимающей солнечную энергию плоскости солнечной энергоустановки с запада на восток. Второй фотоэлектрический модуль представляет собой датчик положения Солнца по зениту, содержащий два фотоэлемента слежения за Солнцем. Конструкция каждого фотоэлектрического модуля содержит монтажную площадку, на верхней стороне которой размещены два фотоэлемента, разделенные перегородкой, служащей в свою очередь разделителем направлений освещенности последних и опорой для крепления зеркального цилиндра. Командный фотоэлемент разворота плоскости энергоустановки с запада на восток находится на нижней стороне монтажной площадки фотоэлектрического модуля, следящего за положением Солнца по азимуту. Применение данного изобретения обеспечивает высокую точность слежения по азимуту и зениту за положением Солнца и повышенную надежность работы энергоустановки. 3 ил.

Способ получения тепловой и электрической энергии и устройство для его осуществления // 2554168

Группа изобретений относится к области энергетики и может быть использована для выработки электроэнергии, горячей воды и пара. Способ получения тепловой и электрической энергии включает фокусирование солнечных лучей концентратором на неподвижную тепловоспринимающую поверхность и последующее передвижение по ней фокуса в соответствии с перемещением солнца, нагрев через тепловоспринимающую поверхность теплоносителя и преобразование полученной тепловой энергии в электрическую. В качестве концентратора используют вогнутое зеркало, которое перемещают путем слежения за солнцем, при этом тепловоспринимающую поверхность размещают на пересечении вертикальной и горизонтальных осей, вокруг которых осуществляют поворот концентратора при слежении. Для поворота концентратора вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 5 начинает вращаться и поворачивать зубчатое колесо 2 вместе с платформой 1. При достижении концентратором нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель. Для поворота концентратора вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинают вращаться вал 14 с червяком 13, который посредством зубчатого колеса 12 и связанного с ним червяка 10 поворачивает зубчатый сектор 9 с осью 6 и колесом 7. При этом за счет цепной передачи 8 происходит поворот ведомого колеса 15 с горизонтальной осью 17 и концентратором до требуемого положения, после чего производят его фиксирование путем выключения двигателя. При этом на нижней части тепловоспринимающей поверхности сферы 19 формируется световое пятно сконцентрированных солнечных лучей, которое перемещается по этой поверхности в процессе слежения за солнцем в течение светового дня. Изобретение должно обеспечить повышение стабильности параметров энергоносителей, повышение КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Устройство ориентации гелиоустановки // 2554701

Изобретение относится к области гелиотехники, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещаемым источником тепловой радиации. В устройстве ориентации гелиоустановки, содержащем основание с опорной стойкой, ориентирующую раму, привод ориентации системы азимутального слежения, согласно изобретению, привод ориентации снабжен звездочками, через которые перекинуты две замкнутые цепи, которые охватывают две дополнительные разнесенные звездочки, а сами звездочки установлены на вертикальных валах с возможностью вращения. Изобретение направлено на достижение более эффективной работы при интенсивной облачности. 5 ил.

Система слежения за солнцем // 2558665

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может найти применение при конструировании и изготовлении установок, требующих слежения за солнцем. Система слежения за солнцем содержит датчик угла поворота, платформу, раму с тягой и электрические двигатели, кинематически связанные с рамой и установленные с возможностью перемещать раму вокруг ее горизонтальной и вертикальной геометрических осей. Система, по крайней мере, имеет две кинематические связи, одна из которых выполнена в виде двух червяков со скрещивающимися, взаимно перпендикулярными осями и червячного колеса, которое жестко закреплено на оси одного червяка, размещенного на платформе и взаимодействующего с зубчатым сектором, соединенным с тягой рамы, и сопряжено с другим червяком, ось которого совмещена с вертикальной осью поворота рамы и платформы. Изобретение должно обеспечить упрощение конструкции, повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство ориентации гелиоустановки // 2561207

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещаемым источником тепловой радиации. Устройство ориентации гелиоустановки дополнительно снабжено плоским сегментом, расположенным под опорной стойкой, на которой установлен солнечный коллектор, опорная стойка расположена на ориентирующей раме, при этом последняя снабжена двигателем с редуктором с ведущей шестерней, которая связана цепной передачей с верхней шестерней, к которой прикреплен плоский сегмент. К технико-экономическим преимуществам данного устройства относится то, что оно позволяет экономить энергию аккумулятора и использовать бесплатную энергию ветра для поворота устройства ориентации. 4 ил.

Устройство ориентации гелиоустановки // 2561227

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к приводным устройствам для ориентации гелиоустановки, и может быть использовано для ориентации любого коллектора лучевой энергии, облучаемого перемещаемым источником тепловой радиации. Устройство ориентации гелиоустановки дополнительно снабжено плоским сегментом, расположенным под опорной стойкой, на которой установлен солнечный коллектор, опорная стойка расположена на ориентирующей раме, при этом последняя снабженная двигателем с редуктором с ведущей шестерней, плоский сегмент прикреплен верхним шарниром к опорной стойке, причем окружность сегмента снабжена зубчатой дугообразной рейкой, на конце которой установлен фиксатор, который нужен для фиксации сегмента в крайнем положении. К преимуществам данного устройства относится то, что оно позволяет экономить энергию аккумулятора и использовать бесплатную энергию ветра для поворота устройства ориентации. 4 ил.

Солнечный нагреватель с защитой от атмосферных осадков // 2569423

Изобретение относится к энергетике, в частности к использованию энергии солнечного излучения в системах теплоснабжения таких объектов, как индивидуальное жилье, мелкие сельскохозяйственные производства, промыслы, отдаленные оздоровительные учреждения или объекты экологического назначения и туризма. Данный солнечный нагреватель имеет коллектор в прозрачной теплоизолирующей оболочке с параболическим рефлектором, оснащенным устройством самоориентации на Солнце. Отличительные особенности данного устройства заключаются в том, что его коллектор выполнен в виде коаксиальной трубной конструкции с длиной ее абсорбера, превышающей продольный размер параболического рефлектора, что позволяет ограничиться его ориентацией в одной плоскости, а его привод обеспечивает наряду с автоматическим поддержанием ориентации на Солнце в рабочем режиме также автоматический поворот параболического рефлектора на время отсутствия солнечного облучения в верхнее положение. Изобретение обеспечивает защиту всех рабочих поверхностей нагревателя от атмосферных осадков. 3 ил.