RU2160875C1

RU2160875C1 - Solar energy converter

Info

Publication number: RU2160875C1
Application number: RU99109342/06A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Тошпоков
Original assignee: Тошпоков Вячеслав Юрьевич
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-12-20

Abstract

FIELD: production of hot liquids such as water. SUBSTANCE: converter has concave reflecting concentrator with solar heat receiver placed in its focus and made in the form of tube accommodating heat-carrying agent and reflecting plates. Concentrator is made in the form of parabola and mounted for rotation about tube. Reflecting plates are mounted in a spaced relation to each other on outer surface of tube in parallel to its axis and perpendicular to line tangent to tube circumference; tube surface is covered with light-absorbing material. EFFECT: improved efficiency of energy conversion; facilitated manufacture. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области прямого преобразования солнечной энергии, например, в тепловую и может быть использовано в любой области народного хозяйства для получения горячих жидкостей, например воды. The invention relates to the field of direct conversion of solar energy, for example, into heat, and can be used in any field of the national economy to produce hot liquids, such as water.

Известно устройство для направления лучистой энергии (патент Великобритании N 1488598, МКИ - F 24 J 3/02, НКИ - F4U, P4W; 1977 г). Устройство имеет преобразователь энергии, выполненный, например, в виде трубы с теплоносителем, тепловой трубы, электролитического фотоэлемента или радиатора; рефлектор и зеркало. Каждая сторона рефлектора составлена из двух частей. Одна часть имеет форму развертки внешнего контура боковой стороны преобразователя, а вторая часть имеет такую форму, что излучение, поступающее на нее под углом к центральной оси, отражается на преобразователь. Рефлектор может иметь одну или две боковые стенки. Преобразователь может иметь круглое поперечное сечение или может быть выполнен в виде плоской пластины. A device for directing radiant energy is known (UK patent N 1488598, MKI - F 24 J 3/02, NCI - F4U, P4W; 1977). The device has an energy converter, made, for example, in the form of a pipe with a coolant, a heat pipe, an electrolytic photocell or radiator; reflector and mirror. Each side of the reflector is composed of two parts. One part has the form of a scan of the outer contour of the side of the transducer, and the second part has such a form that radiation entering it at an angle to the central axis is reflected on the transducer. The reflector may have one or two side walls. The converter may have a circular cross section or may be in the form of a flat plate.

Недостатком данного устройства является сложность его изготовления и эксплуатации, и, как следствие, высокая стоимость. The disadvantage of this device is the complexity of its manufacture and operation, and, as a consequence, the high cost.

Известен преобразователь солнечной энергии в электрическую (патент РФ N 2013713, F 24 J 2/02, 1994), содержащий установленные в фокусе отражателя коаксиальные трубки, внутренняя из которых имеет на внешней поверхности фотоэлементы, а внешняя трубка выполнена прозрачной, причем зазор между трубками заполнен химически нейтральной жидкостью. Зазор между трубками выполнен проточным и сообщен с полостью внутренней трубки. Химически нейтральная жидкость является люминесцирующей. A known converter of solar energy into electrical energy (RF patent N 2013713, F 24 J 2/02, 1994) containing coaxial tubes mounted in the focus of the reflector, the inner of which has photocells on the outer surface, and the outer tube is made transparent, and the gap between the tubes is filled chemically neutral liquid. The gap between the tubes is made flowing and communicated with the cavity of the inner tube. Chemically neutral liquid is luminescent.

Недостатком преобразователя является малый КПД использования солнечной энергии при преобразовании в электрическую, связанный с достаточно большим потоком неиспользованной энергии излучения, уносимой охлаждающей жидкостью. The disadvantage of the converter is the low efficiency of the use of solar energy when converting into electrical energy, associated with a sufficiently large stream of unused radiation energy carried away by the coolant.

Известен преобразователь солнечной энергии, содержащий вогнутый отражающий концентратор, в фокусе которого помещен приемник солнечной энергии, выполненный в виде трубы, внутри которой размещен теплоноситель, и отражающие пластины (патент США N 4038971, МКИ - F 24 J 3/02, НКИ - 126-271; 1977). Вогнутый отражающий концентратор образован совокупностью зеркальных пластинок. Пластинки наклеены на подложку, соединенную с внутренней стороной оболочки концентратора. Ребра пластинок, ближайшие к подложке, разделены зазором, а ребра, удаленные от подложки, соприкасаются между собой. Несущая оболочка концентратора размещена в корпусе солнечной установки, имеющем по крайней мере две торцовые и две боковые стенки. К боковым стенкам корпуса крепится оболочка концентратора. Между торцовыми стенками корпуса расположены опорные приспособления для приемника солнечной энергии. Солнечный свет, падающий на зеркальную поверхность концентратора, отражается на поверхность приемника и нагревает проходящий через него теплоноситель. A known solar energy converter containing a concave reflective concentrator, in the focus of which is placed a solar energy receiver made in the form of a pipe inside which a coolant is placed, and reflective plates (US patent N 4038971, MKI - F 24 J 3/02, NKI - 126- 271; 1977). The concave reflecting hub is formed by a plurality of mirror plates. The plates are glued to a substrate connected to the inner side of the hub shell. The edges of the plates closest to the substrate are separated by a gap, and the edges remote from the substrate are in contact with each other. The carrier shell of the concentrator is placed in the housing of the solar installation, which has at least two end and two side walls. A hub shell is attached to the side walls of the housing. Between the end walls of the housing are supporting devices for a solar energy receiver. Sunlight falling on the mirror surface of the concentrator is reflected on the surface of the receiver and heats the heat carrier passing through it.

Недостатками преобразователя является низкая эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую из-за невозможности обеспечить точную фокусировку солнечных лучей на приемнике солнечной энергии, а также сложность изготовления преобразователя. The disadvantages of the Converter is the low efficiency of the conversion of solar energy to thermal due to the inability to ensure accurate focusing of the sun's rays on the solar energy receiver, as well as the complexity of manufacturing the converter.

Задачей изобретения является создание эффективного преобразователя солнечной энергии, обеспечивающего высокую эффективность преобразования и простоту изготовления. The objective of the invention is to provide an efficient solar energy converter, providing high conversion efficiency and ease of manufacture.

Поставленная задача решается тем, что в преобразователе солнечной энергии, содержащем вогнутый отражающий концентратор, в фокусе которого помещен приемник солнечной энергии, выполненный в виде трубы, внутри которой размещен теплоноситель, и отражающие элементы, вогнутый отражающий концентратор выполнен в форме параболы и установлен с возможностью вращения вокруг трубы, отражающие пластины установлены с зазором между собой на наружной поверхности трубы, параллельно ее оси и перпендикулярно касательной, проведенной к окружности трубы, при этом на поверхность трубы нанесено светопоглощающее покрытие. The problem is solved in that in a solar energy converter containing a concave reflective concentrator, in the focus of which is placed a solar energy receiver made in the form of a pipe inside which a coolant is placed, and reflective elements, a concave reflective concentrator is made in the form of a parabola and mounted for rotation around the pipe, the reflecting plates are installed with a gap between themselves on the outer surface of the pipe, parallel to its axis and perpendicular to the tangent drawn to the circumference of the pipe, while a light-absorbing coating is applied to the surface of the pipe.

На фиг. 1 представлен общий вид заявляемого преобразователя, на фиг. 2 - вид по А-А, на фиг. 3 и 4 - общий вид гелиоустановок, использующих заявленный преобразователь. In FIG. 1 shows a General view of the inventive Converter, in FIG. 2 is a view along AA, in FIG. 3 and 4 - a General view of solar plants using the claimed Converter.

Преобразователь солнечной энергии содержит вогнутый отражающий концентратор 1, в фокусе которого помещен приемник солнечной энергии, выполненный в виде трубы 2, внутри которого размещен теплоноситель, отражающие пластины 3, крепящие шайбы 4, каркас 5 с торцовыми крышками 6, упорные диски 7 и 8 (фиг. 1). Вогнутый отражающий концентратор 1 выполнен в форме параболы и установлен с возможностью вращения вокруг трубы 2. Вращением концентратора 1 обеспечивается фокусировка солнечной энергии на приемнике солнечной энергии - трубе 2 за счет поддержания направления падения солнечных лучей параллельно вертикальной оси параболы. Концентратор 1 может быть выполнен, например, из никелированной или полированной жести и закреплен на каркасе 5. Отражающие пластины 3 установлены с зазором между собой на наружной поверхности трубы 2, параллельно оси трубы 2 и перпендикулярно касательной, проведенной к окружности трубы 2 (фиг. 2). Отражающие пластины 3 могут быть изготовлены из того же материала, что и концентратор 1. Отражающие пластины 3 с помощью шайб 4 крепятся к трубе 2 неподвижно. Шайбы 4 могут быть изготовлены, например, из текстолита. Приемник солнечной энергии представляет собой тонкостенную трубу 2 круглого сечения. На поверхность трубы 2 нанесено светопоглощающее покрытие. Труба 2 имеет входное и выходное отверстия для циркуляции теплоносителя. Торцовые крышки 6 закрывают торцы каркаса 5, с которым соединяются, например, сваркой или клепкой. В торцовых крышках 6 выполнены отверстия для трубы 2. С внешней стороны торцовых крышек 6 на трубу 2 надеты упорные диски 7 и 8, удерживающие концентратор 1 и трубу 2 в сборе. The solar energy converter contains a concave reflecting concentrator 1, in the focus of which is placed a solar energy receiver made in the form of a pipe 2, inside which a heat carrier, reflecting plates 3, fastening washers 4, a frame 5 with end caps 6, thrust disks 7 and 8 are placed (Fig. . 1). The concave reflecting concentrator 1 is made in the form of a parabola and is mounted for rotation around the pipe 2. The rotation of the concentrator 1 ensures that the solar energy is focused on the solar energy receiver - the pipe 2 by maintaining the direction of incidence of the sun's rays parallel to the vertical axis of the parabola. The concentrator 1 can be made, for example, of nickel or polished tin and mounted on the frame 5. Reflecting plates 3 are mounted with a gap between themselves on the outer surface of the pipe 2, parallel to the axis of the pipe 2 and perpendicular to the tangent drawn to the circumference of the pipe 2 (Fig. 2 ) The reflecting plates 3 can be made of the same material as the concentrator 1. The reflecting plates 3 are fixed to the pipe 2 by means of washers 4. Washers 4 can be made, for example, of PCB. The solar energy receiver is a thin-walled tube 2 of circular cross section. A light-absorbing coating is applied to the surface of the pipe 2. The pipe 2 has an inlet and an outlet for circulation of the coolant. End caps 6 close the ends of the frame 5, which are connected, for example, by welding or riveting. Holes for the pipe 2 are made in the end caps 6. On the outside of the end caps 6, persistent discs 7 and 8 are put on the pipe 2, which hold the hub 1 and pipe 2 assembly.

Солнечный свет попадает либо на концентратор 1 и, отражаясь от него, падает на отражающие пластины 3, либо сразу на отражающие пластины 3. Многократно отражаясь, солнечный свет попадает на приемник солнечной энергии - трубу 2, нагревая теплоноситель. Sunlight falls either on the concentrator 1 and, reflected from it, falls on the reflecting plates 3, or immediately on the reflecting plates 3. Repeatedly reflecting, the sunlight falls on the solar energy receiver - pipe 2, heating the heat carrier.

В качестве одного из вариантов использования преобразователя солнечной энергии по заявленному изобретению представлена водонагревательная гелиоустановка (фиг. 3). В ней осуществляется вращение концентратора 1 вокруг приемника солнечной энергии - трубы 2 и вращение всего преобразователя солнечной энергии вокруг вертикальной оси. As one of the options for using the solar energy converter according to the claimed invention, a solar water heating system is presented (Fig. 3). It carries out the rotation of the concentrator 1 around the solar energy receiver - pipe 2 and the rotation of the entire solar energy converter around a vertical axis.

В другом варианте использования преобразователя солнечной энергии по заявленному изобретению (фиг. 4) представлена другая водонагревательная гелиоустановка. Она состоит из большого количества преобразователей солнечной энергии с единой системой циркуляции теплоносителя (в данном случае воды) по трубам 2. Преобразователи солнечной энергии собраны в блоки, которые установлены с возможностью вращения вокруг наклонной оси гелиоустановки. In another embodiment, the use of the solar energy converter according to the claimed invention (Fig. 4) presents another solar water heating system. It consists of a large number of solar energy converters with a single coolant circulation system (in this case, water) through pipes 2. The solar energy converters are assembled in blocks that are mounted to rotate around the inclined axis of the solar installation.

В предлагаемом преобразователе солнечной энергии практически вся солнечная энергия концентрируется на приемнике солнечной энергии, что обеспечивает высокую эффективность преобразования. Представленный преобразователь имеет простую конструкцию и технологичен в изготовлении. In the proposed solar energy converter, almost all solar energy is concentrated on the solar energy receiver, which ensures high conversion efficiency. The presented converter has a simple design and is technologically advanced to manufacture.

Claims

A solar energy converter comprising a concave reflective concentrator, in the focus of which is placed a solar energy receiver made in the form of a pipe inside which a coolant is placed, and reflective plates, characterized in that the concave reflective concentrator is made in the form of a parabola and is mounted for rotation around the pipe, reflecting plates are installed with a gap between themselves on the outer surface of the pipe, parallel to its axis and perpendicular to the tangent drawn to the circumference of the pipe, while turning NOSTA pipe coated light-absorbing coating.