Сонячний колектор з подвійною концентрацією світла

Реферат: UA 97653 U UA 97653 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до геліотехніки, а саме до нерухомих фокусуючих сонячних колекторів, призначених для нагріву теплоносія. Відомий аналог є сонячна установка з концентратором [1], де дзеркальна поверхня концентруючих світло каналів має циліндричну кривизну, утворена поєднанням двох чвертей циліндрів різного радіусу. Недоліком аналога є обмеження мінімальної площі нагрівача, а відтак і коефіцієнту концентрації. При цьому, наближення площі приймача до мінімальної, відповідно, зменшує кутову апертуру колектору. Відомій аналог є сонячний фокусуючий колектор [2] з округлим перерізом концентруючих каналів та листо-трубними приймачами світла. Недоліком аналога є велика площа приймача, що призводе до значної втрати тепла із приймача та ставить під сумнів доцільність застосування конструкції з відбивачем світла. Відомий аналог є морозотривкий сонячний колектор [3], в якому допускається замерзання води за рахунок використання трубки-теплоприймача з ромбовидним перерізом. Подібні рішення цікаві тим, що дозволяють підключення колектору безпосередньо до водних контурів, без створення окремих контурів з антифризами. Однак, окрім вище зазначених недоліків, в [3] додається складність виготовлення та з'єднання ромбовидних трубок. Найближчий аналог до корисної моделі є сонячний колектор [4], де концентруючі світло канали складаються з багатосекційних фоклинів, або, іншими словами, мають переріз грубо апроксимований до вузької параболи, таким чином, що трубка-теплоприймач розміщена на дні каналу і одночасно у фокусі апроксимованої параболи. Така реалізація представляється технологічно зручною і вдалою з точки зору зменшення теплообміну з оточуючим середовищем. Спільні ознаки корисної моделі і найближчого аналога: - концентруючі світло канали виконані з апроксимацією параболічного перерізу; - нагрівальна трубка розміщена на дні каналу; - округла форма нагрівальної трубки; - призначений для нагріву проточного теплоносія. З недоліків прототипу слід зазначити, що доцільнішим є використання більш детальної апроксимації параболічної кривизни концентруючих каналів, тоді як встановлення відбиваючого екрану, відміченого у конструкції [4] є зайвим. Загальним недоліком вище наведених аналогів є звуження кутової апертури фокусування колектору при збільшенні концентрації світла на приймачі, Таким чином, при збільшенні ефективності нагріву виникає необхідність корегування сезонного положення колектору, спрямовуючи його на сонце, що ускладнює практичне застосування подібних розробок. В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ефективності та розширення сфери застосування фокусуючих сонячних колекторів. Підвищення ефективності досягається шляхом створення другого, додаткового етапу концентрації сонячних променів та одночасним посиленням теплоізоляції поверхні приймача. Додаткова концентрація світла відбувається завдяки ефекту рефракції світла на межах прозорих середовищ різної густини. Поставлена задача вирішується тим, що сонячний колектор з подвійною концентрацією світла для нагріву рідкого теплоносія має відбивач світла у формі концентруючих каналів, вздовж фокальних осей яких розмішуються трубки з теплоносієм, згідно з корисною моделлю, концентруючі канали мають переріз наближений до параболічного, а нагрівальні трубки мають прозорий поверхневий шар, під яким знаходиться затемнений світлопоглинаючий шар, або безпосередньо рідкий теплоносій темного забарвлення. Корисна модель пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 зображена принципова схемапереріз концентруючого каналу сонячного колектору; на фіг. 2 представлений механізм концентрації світла за рахунок рефракції в прозорому шарі нагрівальної трубки та розташування можливих додаткових шарів у трубці; на фіг. 3 демонструє, що параболічні канали сонячного колектору можуть бути зорієнтовані під певним кутом, відмінним від перпендикуляру до поверхні колектору. Завдяки цьому досягається фокусування колектору на площину екліптики сонця, навіть при його закріпленні на вертикальних чи горизонтальних поверхнях. Сонячний колектор з подвійною концентрацією світла має основу з жорсткого теплоізоляційного матеріалу 1, з якого відлиті або вирізані канали відповідного параболічного перерізу. Поверхня каналів вкрита шаром дзеркального відбивача 2. Вся площа колектору накрита прозорим захисним покриттям 3. Вздовж фокальної вісі каналу 4 розміщується трубка з теплоносієм 5. Трубка з теплоносієм може мати тільки прозорий шар 6, якщо у якості теплоносія використовується затемнена рідина, в іншому випадку під прозорим шаром створюється світлопоглинаючий шар 7, та, за необхідності, інші захисні чи посилюючі шари 8. Перелічені варіанти виконання нагрівальної трубки не змінюють фізичної суті, закладеної у принцип дії корисної моделі. 1 UA 97653 U 5 10 15 Ширина кутової апертури А зі 100 % концентрацією променів на нагрівальній трубці визначається співвідношенням: А = 2*arctg(r/R), де r - зовнішній радіус трубки, R - відстань від точки фокусу параболи до найвіддаленішої точки перерізу каналу. Прозорий шар 6, завдяки явищу рефракції, зводить промені світла на внутрішню поверхню, де воно поглинається затемненим шаром 7, або безпосередньо затемненою рідиноютеплоносієм. Таким чином, нагрівання відбувається із середини трубки, а прозорий шар, одночасно, виступає тепловим ізолятором, стримуючи відтік тепла на зовні. З позиції концентрування світла, оптимальна товщина прозорого шару залежить від діаметру трубки та коефіцієнту заломлення світла у використаному прозорому матеріалі. Практична реалізація корисної моделі передбачає можливість використання недорогих, розповсюджених матеріалів та низькотехнологічної організації виробництва. Для спрощення побудови, нагрівальна трубка в каналах може вкладатися змійовиком. Крім того, за використання еластичних полімерних матеріалів у виготовленні нагрівальної трубки, можливе досягнення повної морозостійкості колектора заповненого водним теплоносієм. Джерело інформації: 1. Патент № 2396493 Російська Федерація МПК F24J 2/10 надр. 10.08.2010 Бюл. № 22 2. Патент № 31866 Україна МПК F24J 2/06 (2/14) надр. 15.12.2000 3. Патент № 41762 Україна МПК F24J 2/06 (2/14) надр. 17.09.2001 Бюл. № 8 4. Патент № 91837 Україна МПК F24J 2/06 надр. 10.09.2010 Бюл. № 17 (прототип) 20 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Сонячний колектор з подвійною концентрацією світла для нагріву рідкого теплоносія, що має відбивач світла у формі концентруючих каналів, вздовж фокальних осей яких розміщуються трубки з теплоносієм, який відрізняється тим, що концентруючі канали мають переріз наближений до параболічного, а нагрівальні трубки мають прозорий поверхневий шар, під яким знаходиться затемнений світлопоглинаючий шар, або безпосередньо рідкий теплоносій темного забарвлення. 2 UA 97653 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3