Спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів

1. Спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, при якому встановлюють концентратор сонячного світла, що виконаний у вигляді ввігнутих рефлекторів із дзеркальною поверхнею, жорстко закріплюють на концентраторі сонячного світла елемент, який нагрівається, що виконано герметично замкнутим, із пристроями для підводу теплоносія від відповідної системи забезпечення та відводу нагрітого теплоносія до споживача, наносять на зовнішню поверхню елемента, який нагрівається, теплоізоляційне покриття з боку Сонця, наводять концентратор сонячного світла на Сонце, забезпечують фокусування сонячних променів на елемент, який нагрівається, при переміщенні Сонця як по меридіану, так і по горизонту, підводять в герметичну порожнину елемента, який нагрівається, холодний теплоносій з наступним нагріванням теплоносія зазначеними сонячними променями, відбитими від дзеркальної поверхні концентратора сонячного світла, і відведенням із герметичної внутрішньої порожнини нагрітого теплоносія до споживачів, при цьому рефлектор виконують таким, що містить або один, або більше фокусуючих сегментів, а елемент, який нагрівається, розміщують відносно рефлектора таким чином, щоб на нього надходив максимум сонячних променів, відбитих від зазначеного рефлектора, який відрізняється тим, що елемент, який нагрівається, виконують у вигляді двох оболонок, розміщених із зазором відносно одна одної, замкнених по всіх торцях з утворенням герметичної порожнини між оболонками для проходження по ній та нагріву теплоносія при дії системи підводу холодного теплоносія та відводу нагрітого теплоносія до споживача, виконують на оболонках еле 2 (19) 1 3 Корисна модель належить до галузі геліотехніки, зокрема, до пристроїв, що концентрують сонячне світло за допомогою ввігнутих рефлекторів на елементі, який нагрівається, а саме, до способів концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів. Відомий спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, згідно з яким встановлюють концентратор сонячного світла, що виконаний у виді ввігнутих рефлекторів із дзеркальною поверхнею, жорстко закріплюють на концентраторі сонячного світла елемент, який нагрівається, що виконаний герметично замкнутим, із пристроями для підводу теплоносія та відводу нагрітого теплоносія до споживача, розміщують елемент, який нагрівається, в фокусі концентратора сонячного світла, наводять концентратор сонячного світла на Сонце, забезпечують фокусування сонячних променів на поверхню елемента, який нагрівається, при переміщенні Сонця як по меридіану, так і по горизонту, підводять в герметичну порожнину елемента, який нагрівається, холодний теплоносій з наступним нагріванням теплоносія зазначеними сонячними променями, відбитими від дзеркальної поверхні концентратора сонячного світла, і відведенням із герметичної внутрішньої порожнини нагрітого теплоносія до споживачів [1]. До недоліків відомого способу відноситься те, що його застосування не дозволяє досягнути високого ККД пристроєм, за допомогою якого здійснюється спосіб. Ці недоліки обумовлені тим, що не забезпечується використання максимуму енергії сонячних променів, відбитих зазначеним рефлектором (концентратором сонячного випромінювання), на поверхню елемента, який нагрівається, тому що мають місце значні втрати енергії з поверхні елемента, який нагрівається внаслідок охолодження цієї поверхні повітрям та променевипущення (закон Стефана-Больцмана). Найбільш близьким технічним рішенням, як по суті, так і по задачах, що вирішуються, яке обрано за найближчий аналог (прототип), є спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, при якому встановлюють концентратор сонячного світла, що виконаний у виді ввігнутих рефлекторів із дзеркальною поверхнею, жорстко закріплюють на концентраторі сонячного світла елемент, який нагрівається, що виконаний герметично замкнутим, із пристроями для підводу теплоносія від відповідної системи забезпечення та відводу нагрітого теплоносія до споживача, наносять на зовнішню поверхню елемента, який нагрівається, теплоізоляційне покриття з боку Сонця, наводять концентратор сонячного світла на Сонце, забезпечують фокусування сонячних променів на елемент, який нагрівається, при переміщенні Сонця як по меридіану, так і по горизонту, підводять в герметичну порожнину елемента, який нагрівається, холодний теплоносій з наступним нагріванням теплоносія зазначеними сонячними променями, відбитими від дзеркальної поверхні концентратора сонячного 59830 4 світла, і відведенням із герметичної внутрішньої порожнини нагрітого теплоносія до споживачів, при цьому рефлектор виконують таким, що містить або один, або більше фокусуючих сегментів, а елемент, який нагрівається, розміщують відносно рефлектора таким чином, щоб на нього надходив максимум сонячних променів, відбитих від зазначеного рефлектора [2]. До недоліків відомого способу, який обрано за найближчий аналог (прототип) відноситься те, що при його використанні не забезпечується потрапляння всього поступаючого від рефлектора світлового потоку в центр елемента, який нагрівається. До недоліків відомого способу відноситься й те, що його застосування не дозволяє досягнути високого ККД пристроєм, за допомогою якого здійснюється спосіб. Ці недоліки обумовлені тим, що значна частина поверхні елемента, який нагрівається залишена без теплоізоляції. В основу корисної моделі покладена задача шляхом усунення недоліків прототипу (збільшення розмірів ізольованої площі) та формування входу світлового потоку в елемент, який нагрівається, через отвір/отвори на оболонках елемента, який нагрівається, з боку рефлектора, забезпечити максимальне потрапляння сонячних променів, відбитих зазначеним рефлектором (концентратором сонячного випромінювання), на поверхню внутрішньої оболонки елемента, який нагрівається і, тим самим, забезпечити підвищення ККД пристрою, за допомогою якого здійснюється спосіб, до 85...95%. Суть корисної моделі в способі концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, при якому встановлюють концентратор сонячного світла, що виконаний у виді ввігнутих рефлекторів із дзеркальною поверхнею, жорстко закріплюють на концентраторі сонячного світла елемент, який нагрівається, що виконаний герметично замкнутим, із пристроями для підводу теплоносія від відповідної системи забезпечення та відводу нагрітого теплоносія до споживача, наносять на зовнішню поверхню елемента, який нагрівається, теплоізоляційне покриття з боку Сонця, наводять концентратор сонячного світла на Сонце, забезпечують фокусування сонячних променів на елемент, який нагрівається, при переміщенні Сонця як по меридіану, так і по горизонту, підводять в герметичну порожнину елемента, який нагрівається, холодний теплоносій з наступним нагріванням теплоносія зазначеними сонячними променями, відбитими від дзеркальної поверхні концентратора сонячного світла, і відведенням із герметичної внутрішньої порожнини нагрітого теплоносія до споживачів, при цьому рефлектор виконують таким, що містить або один, або більше фокусуючих сегментів, а елемент, який нагрівається, розміщують відносно рефлектора таким чином, щоб на нього надходив максимум сонячних променів, відбитих від зазначеного рефлектора, який відрізняється тим, що елемент, який нагрівається, виконують у вигляді двох оболонок, розміщених із зазором відносно одна до одної, замкнених по всіх торцях з утво 5 ренням герметичної порожнини між оболонками для проходження по ній та нагріву теплоносія при дії системи підводу холодного теплоносія та відводу нагрітого теплоносія до споживача, виконують на оболонках елемента, який нагрівається, або один отвір, у площі якого розташований фокус рефлектора при виконанні останнього таким, що містить лише один сегмент, або два чи більше отворів, у площі яких розташовані фокуси кожного з фокусуючих сегментів при виконанні зазначеного рефлектора таким, що містить відповідно два або більше фокусуючих сегментів, виконують внутрішню оболонку порожнини елемента, який нагрівається такою, що не є герметичною і ця порожнина не заповнена теплоносієм, і такою, що приймає на свою внутрішню поверхню основну частину сфальцьованого рефлектором світлового потоку, та такою, що володіє більшим значенням відносини площі внутрішньої поверхні до площі отвору/отворів, через який/які сконцентроване сонячне світло проходить у зазначену порожнину, а отвір/отвори, через який/які сконцентроване сонячне світло проходить у внутрішню порожнину внутрішньої оболонки елемента, який нагрівається, не заповнену теплоносієм, виконують мінімальною площею, однак такою, що забезпечує потрапляння через цей/ці отвір/отвори максимальної кількості сконцентрованих сонячних променів. Суть корисної моделі полягає і в тому, що фокусування сонячних променів від концентратора сонячного світла здійснюють в площу зазначеного отвору/отворів, яка забезпечує максимальне потрапляння сонячних променів, які надходять від рефлектора у внутрішню порожнину внутрішньої оболонки елемента, який нагрівається, а відведення нагрітого теплоносія до споживачів здійснюють із герметичної порожнини між двома оболонками елемента, який нагрівається. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що закривають отвір/отвори, які виконано на обох оболонках елемента, який нагрівається, прозорою кришкою/кришками для забезпечення збереження тепла у внутрішній порожнині внутрішньої оболонки зазначеного елемента, який нагрівається, та наносять додатково на зовнішню поверхню елемента, який нагрівається, теплоізоляційне покриття з боку рефлектора для забезпечення збереження тепла у обох внутрішніх порожнинах зазначеного елемента, який нагрівається. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, показує, що спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, який заявляється, відрізняється тим, що елемент, який нагрівається, виконують у вигляді двох оболонок, розміщених із зазором відносно одна до одної, замкнених по всіх торцях з утворенням герметичної порожнини між оболонками для проходження по ній та нагріву теплоносія при дії системи підводу холодного теплоносія та відводу нагрітого теплоносія до споживача, виконують на оболонках елемента, який нагрівається, або один отвір, у площі якого розташований фокус рефлектора при виконанні останнього таким, що містить лише один сегмент, або два чи більше отворів, у площі яких розташовані фокуси кожного з фокусу 59830 6 ючих сегментів при виконанні зазначеного рефлектора таким, що містить, відповідно, два або більше фокусуючих сегментів, виконують внутрішню оболонку порожнини елемента, який нагрівається такою, що не є герметичною і ця порожнина не заповнена теплоносієм, і такою, що приймає на свою внутрішню поверхню основну частину сфальцьованого рефлектором світлового потоку, та такою, що володіє більшим значенням відносини площі внутрішньої поверхні до площі отвору/отворів, через який/які сконцентроване сонячне світло проходить у зазначену порожнину, а отвір/отвори, через який/які сконцентроване сонячне світло проходить у внутрішню порожнину внутрішньої оболонки елемента, який нагрівається, не заповнену теплоносієм, виконують мінімальною площею, однак такою, що забезпечує потрапляння через цей/ці отвір/отвори максимальної кількості сконцентрованих сонячних променів, при цьому фокусування сонячних променів від концентратора сонячного світла здійснюють в площу зазначеного отвору/отворів, яка забезпечує максимальне потрапляння сонячних променів, які надходять від рефлектора у внутрішню порожнину внутрішньої оболонки елемента, який нагрівається, а відведення нагрітого теплоносія до споживачів здійснюють із герметичної порожнини між двома оболонками елемента, який нагрівається, причому закривають отвір/отвори, які виконано на обох оболонках елемента, який нагрівається, прозорою кришкою/кришками для забезпечення збереження тепла у внутрішній порожнині внутрішньої оболонки зазначеного елемента, який нагрівається, та наносять додатково на зовнішню поверхню елемента, який нагрівається, теплоізоляційне покриття з боку рефлектора для забезпечення збереження тепла у обох внутрішніх порожнинах зазначеного елемента, який нагрівається. Вирішення покладеної технічної задачі у способі концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, який заявляється, дійсно можливе, тому що можливо конструктивно і технологічно рефлектор виконати з одним/декількома фокусуючими сегментами, розташованими на відбиваючій поверхні, корпус елемента, який нагрівається, виконати у вигляді двох оболонок, розміщених із зазором відносно одна до одної, зазначений елемент, який нагрівається, виконати з утворенням герметичної порожнини між оболонками для проходу теплоносія від відповідної системи забезпечення (з розміщенням для цих цілей патрубків, які забезпечують підведення теплоносія у внутрішню герметичну порожнину та відведення нагрітого теплоносія до споживача). Також можливо на оболонках елемента, який нагрівається, виконати або один отвір, розташований на зазначених поверхнях оболонок, що максимально наближені до відбиваючої поверхні рефлектора, або більшу кількість отворів, розташованих у зазначеній зоні елемента, який нагрівається. Конструктивно і технологічно рефлектор можливо виготовити й установити з можливістю фокусування їм відбитих сонячних променів на площу отвору/отворів. Отвір/отвори, який/які виконано в оболонках елемента, який нагрівається, 7 можливо виконати в місці/місцях фокусування сонячних променів на поверхні елемента, який нагрівається, при цьому зазначені отвори виконуються кількістю, відповідно до кількості фокусуючих сегментів рефлектора. Зазначений елемент, який нагрівається, можливо виконати як циліндричного типу, так і одної форми, при цьому в першому варіанті отвір/отвори будуть виконані лінійного типу довжиною, що відповідає довжині корпусу елемента, який нагрівається, а в другому варіанті конструктивного виконання елемента, який нагрівається, отвір/отвори можуть бути округлими. Внутрішню порожнину елемента, який нагрівається, що не заповнена теплоносієм, можна виконати такою, що буде приймати на свою внутрішню поверхню основну частину сфальцьованого рефлектором світлового потоку (практично 100%), та такою, що володіє більшим значенням відносини площі внутрішньої поверхні до площі отвору/отворів, через який/які сконцентроване сонячне світло проходить у зазначену порожнину. Отвір/отвори, через який/які сконцентроване сонячне світло проходить у внутрішню порожнину елемента, який нагрівається, не заповнену теплоносієм, можна виконати з мінімальною площею, однак такою, що забезпечує потрапляння через цей/ці отвір/отвори максимальної кількості сконцентрованих сонячних променів (практично 100%). Для забезпечення збереження тепла у внутрішній порожнині зазначеного елемента, який нагрівається, можливо закрити отвір/отвори, які виконано на оболонках елемента, який нагрівається, прозорою кришкою/кришками, та нанести на всю зовнішню поверхню елемента, який нагрівається, теплоізоляційне покриття (теплоізолюючий шар) - як з боку рефлектора, так і з боку Сонця. Таким чином, спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, відповідає критерію корисної моделі «новизна». Суть корисної моделі пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на Фіг.1 показана блок-схема послідовного виконання технологічних операцій, що у сукупності складають суть способу концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, на Фіг.2 показана схема пристрою, за допомогою якого реалізується спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляються, на Фіг.3 показана схема фокусування сонячного випромінювання, відбитого від рефлектора, який має один фокусуючий сегмент в центральний отвір елемента, який нагрівається, що закритий прозорою кришкою, на Фіг.4 показана схема фокусування сонячного випромінювання відбитого від рефлектора, який має два фокусуючих сегмента в центральні отвори елемента, який нагрівається, що закриті прозорими кришками. Спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, реалізується за допомогою пристрою, що містить (як варіант конструктивного виконання) концентратор сонячного 59830 8 світла (позиція 1) та елемент, який нагрівається (позиція 2) - див. схему на Фіг.2. Для здійснення способу концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, попередньо підготовлюють концентратор сонячного світла (1) та елемент, який нагрівається (2). При цьому конструктивно і технологічно: концентратор сонячного світла (1) виконують у виді ввігнутих рефлекторів (3) із дзеркальною поверхнею, при цьому рефлектор (3) виконують таким, що містить або один фокусуючий сегмент (див. схеми на Фіг.2-3), або більше фокусуючих сегментів (позиція 4), наприклад, два фокусуючі сегменти - (див. схему на Фіг.4); елемент, який нагрівається (2), виконують герметично замкнутим із пристроями (5 і 6), відповідно, для підводу теплоносія (7) від відповідної системи забезпечення нагріву та відводу нагрітого теплоносія до споживача (8), при цьому зазначений елемент, який нагрівається (2), виконують у вигляді двох оболонок (відповідно, зовнішня - позиції 9 і внутрішня - позиція 10, див. схеми на Фіг.24), розміщених із зазором б відносно одна до одної, замкнених по всіх торцях з утворенням герметичної порожнини (11) між оболонками (відповідно, позиції 9 і 10) для підводу теплоносія (7) від відповідної системи забезпечення нагріву та відводу нагрітого теплоносія до споживача (8). Далі на оболонках (відповідно, зовнішня - позиції 9 і внутрішня - позиція 10) елемента, який нагрівається (2), виконують або один центральний отвір (12) (див. схему на Фіг.3), центр якого розташований у фокусі F рефлектора (3) при виконанні останнього таким, що містить лише один сегмент (4), або два чи більше отворів (12) (див. схему на Фіг.4), центр яких розташований у фокусі F кожного з фокусуючих сегментів (4) при виконанні зазначеного рефлектора (3) таким, що містить, відповідно, два або більше фокусуючих сегментів (4), причому отвір/отвори (12), через який/які сконцентроване сонячне світло (позиція 13 - див. схеми на Фіг.2-4) буде при роботі пристрою проходити у внутрішню порожнину (14) внутрішньої оболонки (10) елемента, який нагрівається (2), не заповнену теплоносієм, виконують мінімальною площею, однак такою, що забезпечує потрапляння через цей/ці центральний отвір/отвори (12) максимальної кількості сконцентрованих сонячних променів (позиція 13), див. схему на Фіг.2. Також в елементі, який нагрівається (2), внутрішню порожнину (14) внутрішньої оболонки (10) зазначеного елемента, який нагрівається (2), виконують такою, що не є герметичною і не заповнена теплоносієм, і такою, що приймає на свою внутрішню поверхню (14) основну частину сфальцьованого рефлектором (3) світлового потоку (позиція 13), та такою, що володіє більшим значенням відносини площі внутрішньої поверхні (14) до площі центрального отвору/отворів (12), через який/які сконцентроване сонячне світло (позиція 13) проходить у зазначену порожнину (14) внутрішньої оболонки (10) зазначеного елемента, який нагрівається (2) - див. схеми на Фіг.3-4. 9 Після цього, з метою забезпечення збереження тепла у внутрішній герметичній порожнині (11) елемента, який нагрівається на зовнішню поверхню елемента, який нагрівається (2), наносять теплоізоляційне покриття (15) як з боку Сонця (позиція 16), так і з боку рефлектора (3), а отвір/отвори (12) закривають прозорою кришкою/кришками (17), див. схеми на Фіг.2-4. По закінченні підготовчих операцій здійснюють збирання пристрою в єдину конструкцію - встановлюють концентратор сонячного світла (1) та жорстко закріплюють (наприклад, за допомогою стійок позиція «С», див. схеми на Фіг.2-4) на ньому елемент, який нагрівається (2), при цьому розміщують елемент, який нагрівається (2), в фокусі F концентратора сонячного світла (1) таким чином, що сконцентровані рефлектором сонячні промені потрапляють на площу/площі отвору/отворів (12), див. схему на Фіг.2 та схеми на Фіг.3-4. Далі спосіб концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, здійснюється таким чином, див. блок-схему на Фіг.1. Наводять,наприклад, за допомогою відповідного пристрою - позиція «П», див. схеми на Фіг.2-4, концентратор сонячного світла (1) на Сонце (позиція 16) і фокусують сонячні промені (позиція 13) на отвір/отвори (12) елемента, який нагрівається (2), при переміщенні Сонця (позиція 16) як по меридіану, так і по горизонту, при цьому фокусування сонячних променів (позиція 13) від концентратора сонячного світла (1) здійснюють у площу зазначеного центрального отвору/отворів (12). Таким чином, шляхом формування входу світлового потоку в елемент, який нагрівається (2), через центральний/центральні отвір/отвори (12) на оболонках (відповідно, позиції 9 і 10) зазначеного елемента, який нагрівається (2), з боку рефлектора (3), забезпечується максимальне потрапляння сонячних променів (позиція 13), відбитих зазначеним рефлектором (концентратором сонячного випромінювання), на внутрішню поверхню (18) внутрішньої оболонки (10) елемента, який нагрівається (2), і, тим самим, забезпечується підвищення ККД пристрою (наприклад, геліоенергетичної установки, за допомогою якої здійснюється зазначений спосіб) до 85...95%. Після цього підводять в герметичну порожнину (11) між оболонками (позиції 9 і 10) холодний теплоносій (7), наприклад, за допомогою пристрою підводу теплоносія (7) від відповідної системи забезпечення. Шляхом введення через отвір/отвори (12) у оболонках (позиції 9 і 10) елемента, який нагрівається (2), максимальної кількості сконцентрованих сонячних променів (позиція 13), потрап 59830 10 ляння таким чином на внутрішню поверхню (18) внутрішньої оболонки (10) (не заповнену теплоносієм) елемента, який нагрівається (2), основної частини сфальцьованого рефлектором світлового потоку (позиція 13) (сконцентрованого сонячного світла) та концентрації сонячного світла (позиція 13) на внутрішній поверхні (18) зазначеної оболонки (10), нагрівають теплоносій (7) зазначеними сонячними променями (позиція 13), відбитими від дзеркальної поверхні концентратора сонячного світла (1). На заключному етапі здійснення способу концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, відводять із герметичної порожнини (11) між оболонками (позиції 9 і 10) елемента, який нагрівається (2), нагрітий теплоносій (7) до споживачів (8) через пристрій (6) відводу нагрітого теплоносія до споживача (8), див. схему на Фіг.2. Підвищення ефективності застосування способу концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається шляхом наведення на Сонце зазначеного рефлектора (концентратора сонячного випромінювання) із закріпленим на ньому елементом, який нагрівається, (який виконано у вигляді одного чи більше сегментів - за кількістю отворів), а також шляхом відбиття зазначеним рефлектором та фокусування сонячних променів у площі отвору/отворів елемента, який нагрівається, що забезпечує практично 100% потрапляння на внутрішню поверхню внутрішньої оболонки сонячних променів, відбитих зазначеним рефлектором. Підвищення ефективності застосування способу концентрації сонячного світла на елементі, який нагрівається, за допомогою ввігнутих рефлекторів, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається й шляхом нанесення на зовнішню поверхню корпусу елемента (як з боку Сонця так і з боку рефлектора) який нагрівається, шару теплоізоляції (теплоізоляційного покриття), що забезпечує зберігання температури високонагрітого теплоносія в герметичній порожнині елемента, який нагрівається, а також шляхом закриття прозорими кришками отвору/отворів, для забезпечення зазначеного вище ефекту. Джерела інформації: 1. Патент Російської Федерації RU №2044692 С1 «Солнечный опреснитель» від 27.09.1995, МПК6 С02F 1/14 - аналог. 2. Патент США №2004231329 «Trough-Stirling concentrated solar power system» від 25.11.2004, МПК8 F03G 6/06, F24J 2/07, F24J 2/14, F03G 6/00, F24J 2/06 - прототип. 11 59830 12 13 59830 14 15 Комп’ютерна верстка А. Рябко 59830 Підписне 16 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601