RU2188987C2

RU2188987C2 - Solar energy concentrator

Info

Publication number: RU2188987C2
Application number: RU2000109072/06A
Authority: RU
Inventors: Н.Г. Симонов
Original assignee: Симонов Николай Гаврилович
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2002-09-10

Abstract

FIELD: solar engineering. SUBSTANCE: concentrator has two concentration stages of which first stage 1 has two tiers in the form of multilayer truncated cones with acute aperture angle; upper and lower tiers are covered with reflecting layer on inner and outer surfaces, respectively. Second stage is optically coupled with first one and has two spherical concave and convex mirrors 2 and 3, respectively, with equal curvature radii. Small mirror 3 is installed with its convex part in front of large mirror focus. Large mirror 2 has central hole for passing spherical rays. Concentrator of such design has large Sun-oriented area affording high degree of concentration and relative parallelism of outgoing rays. EFFECT: enlarged functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности, к средствам концентрации солнечного излучения. The invention relates to solar technology, in particular, to means of concentration of solar radiation.

Известен коллектор солнечной энергии, имеющий конический концентратор с острым углом раскрытия и сплошным отражающим слоем /1/. A known solar energy collector having a conical concentrator with a sharp opening angle and a continuous reflective layer / 1 /.

Недостатком данного концентратора является расхождение лучей па выходе из него по направлению угла раскрытия. The disadvantage of this hub is the divergence of the rays at the exit from it in the direction of the opening angle.

Известна высокотемпературная солнечная печь, содержащая геликонцентратор, состоящий из трех оптически сопряженных зеркал, фокусирующих солнечное излучение на плоскость выходного окна, в котором размещен световодный элемент, передающий солнечную энергию непосредственно в печь /2/. Known high-temperature solar furnace containing a helical concentrator, consisting of three optically conjugated mirrors focusing solar radiation on the plane of the output window, which houses the light guide element that transfers solar energy directly to the furnace / 2 /.

Недостатком этого гелиоконцентратора является малая приемная площадь направленного на Солнце параболоидного зеркала и увеличение размеров пятна сконцентрированной энергии на выходе из фокона по ходу лучей. The disadvantage of this helioconcentrator is the small receiving area of the paraboloidal mirror directed to the Sun and the increase in the size of the concentrated energy spot at the exit from the focon along the rays.

Задачей настоящего изобретения является разработка двухступенчатого концентратора солнечной энергии с высокой степенью ее плотности на единицу площади принимаемой поверхности и направленного, строго параллельно друг относительно друга, действия лучей, выходящих из концентратора. The objective of the present invention is to develop a two-stage concentrator of solar energy with a high degree of density per unit area of the received surface and directed, strictly parallel to each other, the action of the rays emerging from the concentrator.

Постанленная задача решается созданием концентратора солнечной энергии, конструктивная схема которого показана на черте /разрез/. The stated problem is solved by creating a solar energy concentrator, a structural diagram of which is shown in the drawing / section /.

Предлагаемый концентратор солнечной энергий на основе усеченного конуса содержит две ступени концентрации. Первая ступень /1/ состоит из двух ярусов, выполненных в виде многослойных усеченных конусов с острым углом раскрытия и нанесенным отражающим слоем на верхнем ярусе с внутренней, на нижнем - с внешней поверхности. На центральном усеченном конусе нижнего яруса с внутренней поверхности еще нанесен матовый отражающий слой. Первая ступень концентратора сопряжена оптически со второй ступенью, состоящей из двух сферических зеркал, большого вогнутого /2/ и малого выпуклого /3/, которые имеют равные радиусы кривизны. Зеркало /2/ имеет центральное отверстие для прохождения сконцентрированных лучей. Зеркало /3/ установлено выпуклой частью перед фокусом зеркала /2/. На вогнутой поверхности малого зеркала /3/ нанесен матовый отражающий слой. The proposed solar energy concentrator based on a truncated cone contains two stages of concentration. The first stage / 1 / consists of two tiers made in the form of multilayer truncated cones with an acute opening angle and a reflective layer deposited on the upper tier with the inner, on the lower - with the outer surface. On the central truncated cone of the lower tier, an opaque reflective layer is still applied from the inner surface. The first stage of the concentrator is optically coupled to the second stage, consisting of two spherical mirrors, a large concave / 2 / and a small convex / 3 /, which have equal radii of curvature. The mirror / 2 / has a central hole for the passage of concentrated rays. The mirror / 3 / is installed by the convex part in front of the focus of the mirror / 2 /. On the concave surface of the small mirror / 3 / a matte reflective layer is applied.

Концентратор солнечной энергии работает следующим образом. The solar energy concentrator operates as follows.

Концентратор строго ориентирован на Солнце. Солнечные лучи падают на внутреннюю поверхности многослойного верхнего яруса первой ступени /1/ и, отражаясь, поступают на внешнюю поверхность нижнего многослойного яруса. Отраженные от него и сконцентрированные строго параллельно оси лучи поступают на вогнутую поверхность большого зеркала /2/ второй ступени. Отразившись от зеркала /2/, лучистая энергия идет на выпуклую поверхность малого зеркала /3/. Отражаясь от зеркала /3/, лучи выходят из концентратора строго параллельно друг относительно друга через центральное отверстие большого сферического зеркала /2/ и направляются к объектам потребления или поражения. Солнечные лучи же, поступающие на внутреннюю поверхность центрального усеченного конуса нижнего яруса первой ступени /1/ и на вогнутую поверхность малого зеркала /3/, покрытые матовым отражающим слоем, рассеиваются в пространстве. The hub is strictly oriented to the sun. The sun's rays fall on the inner surface of the multilayer upper tier of the first stage / 1 / and, being reflected, enter the outer surface of the lower multilayer tier. The rays reflected from it and concentrated strictly parallel to the axis enter the concave surface of the large mirror / 2 / of the second stage. Reflected from the mirror / 2 /, the radiant energy goes to the convex surface of the small mirror / 3 /. Reflecting from the mirror / 3 /, the rays exit the concentrator strictly parallel to each other through the central hole of a large spherical mirror / 2 / and are sent to objects of consumption or damage. The sun's rays entering the inner surface of the central truncated cone of the lower tier of the first stage / 1 / and the concave surface of the small mirror / 3 /, covered with a matte reflective layer, are scattered in space.

Выполнение концентратора с двумя ступенями концентрации, первая из которых состоит из двух ярусов в виде многослойных усеченых конусов с острым углом раскрытия и нанесенным отражающим слоем на верхнем ярусе с внутренней, а на нижней - с внешней поверхности, позволяет иметь большую приемную, площадь и параллельность выходящих из первой ступени лучей, вторая ступень состоит из двух сферических зеркал вогнутого и выпуклого, с равным радиусом кривизны, причем установка малого зеркала выпуклой стороны перед фокусом большого зеркала дает возможность достичь большой степени концентрации световой энергии, а выходящим лучам идти строго параллельно друг относительно друга. The implementation of the concentrator with two stages of concentration, the first of which consists of two tiers in the form of multilayer truncated cones with a sharp opening angle and a reflective layer deposited on the upper tier with the inner and the lower tiers with the outer surface, allows you to have a large receiving area and parallelism of the first stage of the rays, the second stage consists of two spherical mirrors concave and convex, with an equal radius of curvature, and the installation of a small mirror with a convex side in front of the focus of a large mirror gives ozhnost achieve a large degree of concentration of light energy, and exiting rays go strictly parallel relative to each other.

Исполнение концентратора солнечной энергии предлагаемой конструкции позволяет применять его в различных областях техники:
1. В солнечном тепловом коллекторе.The design of the solar energy concentrator of the proposed design allows its use in various fields of technology:
1. In the solar thermal collector.

2. В металлургии. 2. In metallurgy.

3. В квантовой электронике. 3. In quantum electronics.

4. Использовать концентратор как фотонный двигатель, где тяга создается за счет концентрации солнечного излучения. 4. Use a hub as a photon engine, where traction is created by the concentration of solar radiation.

5. Использовать концентратор как оружие направленной энергии. 5. Use a hub as a weapon of directed energy.

6. В передаче сконцентрированной солнечной энергии из космоса на Землю. 6. In the transfer of concentrated solar energy from space to Earth.

Источники информации
1. Авт. св-во СССР 1613819; 1990 г.Sources of information
1. Auth. USSR War 1613819; 1990 g.

2. Авт. св-во CCCР 1781516, 1992 г. 2. Auth. certificate of CCCP 1781516, 1992

3. В. А. Грилихес, П.П. Орлов. Солнечная энергия и космические полеты, Наука 1984 г. 3. V.A. Griliches, P.P. Orlov. Solar Energy and Space Travel, Science 1984

4. Е. П. Велихов, Р.З. Сагдеев и А.А. Кокошкин. Космическое оружие: дилемма безопасности. М., 1986 г. 4. E.P. Velikhov, R.Z. Sagdeev and A.A. Kokoshkin. Space weapons: a security dilemma. M., 1986

5. И. И. Андреев. Физические основы и боевые свойства лучевого оружия. Военная мысль 11, 1985 г. 5. I.I. Andreev. Physical foundations and combat properties of beam weapons. Military Thought 11, 1985

Claims

A solar energy concentrator based on a truncated cone with an acute opening angle, characterized by the presence of two tiers of multilayer truncated cones, equipped with a reflective layer on the upper tier from the inner surface and on the lower tier from the outer surface and optically coupled by a system of large and small mirrors with the same radius of curvature, wherein the small mirror is mounted on a convex surface in front of the focus of the large mirror.