RU2194929C1 - Солнечный коллектор - Google Patents
Солнечный коллектор Download PDFInfo
- Publication number
- RU2194929C1 RU2194929C1 RU2001110131/06A RU2001110131A RU2194929C1 RU 2194929 C1 RU2194929 C1 RU 2194929C1 RU 2001110131/06 A RU2001110131/06 A RU 2001110131/06A RU 2001110131 A RU2001110131 A RU 2001110131A RU 2194929 C1 RU2194929 C1 RU 2194929C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transparent surface
- concave
- heat
- prisms
- collector
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
- F24S23/30—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with lenses
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
- Y02P80/20—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications using renewable energy
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к созданию высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия. Сущность изобретения заключается в том, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус со светопрозрачным покрытием и расположенным в нижней его части теплоприемником, между которыми рядами установлены отражательные элементы в виде зеркальных клиновидных призм, согласно изобретению теплоприемник выполнен в виде верхней прозрачной поверхности, на которой установлены призмы, и нижней стенки, центральная часть которой снабжена полусферическими выступами, расположенными в шахматном порядке, контактирующими и поддерживающими своими вершинами верхнюю поверхность теплоприемника, а края нижней его стенки выполнены в виде вогнутых полуцилиндрических поверхностей для размещения в них труб с низкокипящим теплоносителем, забирающим тепловую энергию коллектора, причем прозрачная поверхность теплоприемника между клиновидными призмами, дополнительно выполняющими роль концентраторов, выполнена выпукло-вогнутой, а сами призмы тонкостенными и полыми с вогнутыми боковыми гранями и выпукло-вогнутым основанием, точечно контактирующим с прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей для уменьшения конвективных потоков и обратного отражения теплоприемника, при этом полость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника и его нижней стенкой заполнена жидкостью с высокой температурой кипения, образующей совместно с выпукло-вогнутой частью прозрачной поверхности теплоприемника мелкие линзы, а объем между светопрозрачным покрытием коллектора и прозрачной поверхностью теплоприемника заполнена газом, обладающим высокими теплоизоляционными свойствами. Изобретение позволит получить высокие температуры теплоносителя без использования систем слежения за Солнцем. 6 ил.
Description
Изобретение относится к области создания высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия, например для получения электрической энергии, холода с высоким КПД, а также для бытовых нужд.
Известен солнечный коллектор с антиконвективной структурой, размещенной в зазоре корпуса между плоской поглощающей панелью теплоприемника и прозрачным покрытием и выполненной в виде гибкой непрерывной ленты, натянутой на два ряда опорных элементов, установленных в шахматном порядке вдоль краев поглощающей панели с образованием совокупности параллельных полос, при этом панель теплоприемника имеет углубления для размещения труб для подвода и отвода теплоносителя. Лента антиконвективной структуры может быть выполнена из металлической фольги с зеркальной отражающей поверхностью и предназначена для подавления конвекции воздуха, при этом не мешая проходу солнечных лучей к теплоприемнику (а.с. 1815531, F 24 J 2/24, 15.05.1993).
Недостатком данного коллектора является невозможность получения в нем высоких температур нагреваемого теплоносителя в связи с недостаточной его способностью улавливать солнечную энергию и преобразовывать ее в тепло.
Также известен солнечных коллектор, содержащий каркас и установленные на нем концентратор в виде треугольных призм - фоклинов, элементы блокировки солнечной радиации в виде упоров, жестко закрепленных на каркасе и контактирующих с противоположными концами поглотителей, размещенных между призмами - фоклинами. Данная конструкция коллектора обеспечивает защиту поглотителя от избыточного солнечного излучения (а.с. 1322034, F 24 J 2/18, 07.07.1987).
Недостатком данного коллектора также является невозможность получения в нем теплоносителя с высокой температурой.
Наиболее близким техническим решением к предложенному солнечному коллектору является солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус с прозрачным покрытием в верхней части и теплоприемником в нижней части, между которыми рядами установлены отражательные элементы в виде клиновидных призм, поверхность которых выполнена отражающей солнечные лучи, а именно зеркальной.
Свободная конвекция воздуха между теплоприемником и прозрачным покрытием подавляется сплошным рядом призм, таким образом, обеспечивая подавление радиационных и конвективных потерь тепловой энергии.
Но отражательные элементы не являются концентраторами, а вся конструкция теплового солнечного коллектора не обеспечивает достижения высоких температур на теплоприемнике (а.с. СССР 1467333, F 24 J 2/18, 23.03.1989).
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение максимального улавливания солнечного излучения, снижение теплового излучения теплоприемника, уменьшение конвективных потоков, а также обратного отражения излучения прозрачного покрытия для получения высоких температур.
Указанная техническая задача решается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус со светопрозрачным покрытием и расположенным в нижней его части теплоприемником, между которыми рядами установлены отражательные элементы в виде зеркальных клиновидных призм, согласно изобретению теплоприемник выполнен в виде верхней прозрачной поверхности, на которой установлены призмы, и нижней стенки, центральная часть которой снабжена полусферическими выступами, расположенными в шахматном порядке, контактирующими и поддерживающими своими вершинами верхнюю поверхность теплоприемника, а края нижней его стенки выполнены в виде вогнутых полуцилиндрических поверхностей для размещения в них труб с низкокипящим теплоносителем, забирающим тепловую энергию коллектора, причем прозрачная поверхность теплоприемника между клиновидными призмами, дополнительно выполняющими роль концентраторов, выполнена выпукло-вогнутой, а сами призмы тонкостенными и полыми с вогнутыми боковыми гранями и выпукло-вогнутым основанием, точечно контактирующим с прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей для уменьшения конвективных потоков и обратного отражения теплоприемника, при этом полость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника и его нижней стенкой заполнена жидкостью с высокой температурой кипения, образующей совместно с выпукло-вогнутой частью прозрачной поверхности теплоприемника мелкие линзы, а объем между светопрозрачным покрытием коллектора и прозрачной поверхностью теплоприемника заполнена газом, обладающим высокими теплоизоляционными свойствами.
Выполнение зеркальных отражательных элементов в виде клиновидных призм с вогнутыми боковыми гранями позволяет исключить механизмы слежения за перемещением Солнца в течение светового дня с одновременным обеспечением максимального поглощения солнечной энергии и концентрирования ее на теплоприемнике, а выполнение основания призм выпукло-вогнутым, точечно контактирующим с прозрачной поверхностью теплоприемника, обеспечивает исключение перегрева прозрачной поверхности, исключает тепловые потери и снижает конвективные потоки.
Выполнение призм полыми и тонкостенными обеспечивает максимальное улавливание солнечной радиации, облегчает конструкцию.
Выполнение прозрачной поверхности теплоприемника между призмами выпукло-вогнутой обеспечивает образование в совокупности с жидкостью с высокой температурой кипения, расположенной в полости теплоприемника, мелких линз (растров), способствующих также максимальному поглощению солнечной энергии для получения высоких температур теплоносителя. Фокусы призм и линз при любом положении Солнца расположены под прозрачной поверхностью теплоприемника в объеме жидкости с высокой температурой кипения, что исключает использование механизмов слежения.
В качестве жидкости с высокой температурой кипения может быть использован глицерин или другие жидкости с температурой кипения порядка 250oС и выше, чтобы исключить ее кипение.
Радиус кривизны боковых граней призм и прозрачной поверхности теплоприемника выбирается исходя из условий, обеспечивающих исключение Френелевского отражения.
Объем между светопрозрачным покрытием коллектора и прозрачной поверхностью теплоприемника заполнен газом, обладающим высокими теплоизоляционными свойствами, например углекислым газом.
Все это вместе взятое направлено на получение теплоносителя низкого давления и высоких температур (для этого используют низкокипящие теплоносители).
На фиг.1 изображен общий вид коллектора, поперечное сечение, на фиг.2 и фиг.3 - отражатель в виде клиновидной призмы, на фиг.4 - изображена прозрачная поверхность теплоприемника с призмами, на фиг.5 - солнечный коллектор в аксонометрии, на фиг.6 - выпукло-вогнутая прозрачная поверхность теплоприемника между призмами.
Солнечный коллектор содержит теплоизолированный корпус 1 со светопрозрачным покрытием 2 в верхней части и расположенным в нижней его части теплоприемником, между которыми рядами установлены отражательные элементы в виде зеркальных продольных клиновидных призм 3, а теплоприемник выполнен в виде верхней прозрачной поверхности 4, на которой установлены призмы 3, и нижней стенки 5, центральная часть которой снабжена полусферическими выступами 6, расположенными в шахматном порядке, контактирующими и поддерживающими от изгиба своими вершинами верхнюю поверхность 4 теплоприемника и увеличивающими его поверхность, а края нижней его стенки 5 выполнены в виде вогнутых полуцилиндрических поверхностей 7 для размещения в них труб 8 и 9 с низкокипящим теплоносителем, забирающим тепловую энергию коллектора и служащим для получения высоких температур и давлений, причем области 10 прозрачной поверхности 4 теплоприемника между клиновидными призмами 3, дополнительно выполняющими роль концентраторов, выполнены выпукло-вогнутыми, а сами призмы 3 тонкостенными и полыми с вогнутыми боковыми гранями 11 и выпукло-вогнутым основанием 12, точечно контактирующим с прозрачной поверхностью 4 теплоприемника в вершинах 13 выпуклостей для уменьшения конвективных потоков и обратного отражения теплоприемника, при этом полость 14 между верхней прозрачной поверхностью 4 теплоприемника и его нижней стенкой 5 заполнена высокотемпературной жидкостью, например глицерином, образующей совместно с выпукло-вогнутой областью 10 прозрачной поверхности 4 теплоприемника мелкие линзы, а объем 15 между светопрозрачным покрытием 2 коллектора и прозрачной поверхностью 4 теплоприемника заполнена газом, обладающим высокими теплоизоляционными свойствами, например углекислым газом. Коллектор содержит слой теплоизоляции 16.
Зависимость величины фокусного f' расстояния, определяющая полезную толщину теплоприемника и глубину теплоносителя или пруда, от радиуса кривизны R, а следовательно, и степени концентрации, то есть тепловой мощности данной фокальной точки или линии, сферических, асферических или цилиндрических выпуклостей на прозрачной поверхности теплоприемника, которые формируют линзы из теплоносителя с учетом крайних лучей при максимальных углах склонения Солнца без увеличения Френелевского отражения, имеет следующий вид:
при n=1,47158 для глицерина (n - коэффициент преломления света),
при R=20 мм,
f'=47 мм при R=15 мм,
f'=31 мм при R=10 мм.
при n=1,47158 для глицерина (n - коэффициент преломления света),
при R=20 мм,
f'=47 мм при R=15 мм,
f'=31 мм при R=10 мм.
Солнечный коллектор работает следующим образом.
Энергия Солнца после прохождения покрытия 2 и поверхности 4 поглощается непосредственно жидкостью с высокой температурой кипения. Зеркальные концентраторы в виде призм 3 и выпукло-вогнутые области 10 поверхности 4 концентрируют и отражают солнечные лучи непосредственно в полость 14 теплоприемника, заполненную жидкостью с высокой температурой кипения. Кривизна боковых граней 11 призм 3 и областей 10 поверхности 4 выбрана таким образом, чтобы обеспечить отражение всех лучей на теплоприемник независимо от положения Солнца в течение светового дня и зимнего и летнего Солнечного склонения.
Поглощенная теплоприемником энергия Солнца передается низкокипящему теплоносителю, проходящему по трубам 8 и 9, и отводится к потребителю.
Коллектор может быть выполнен секционным в соответствии со стандартными размерами стекол прозрачных поверхностей, которые стыкуются по торцам до длин любых заданных размеров в зависимости от требуемых мощностных характеристик.
Все вышеописанное дает максимальное исключение тепловых потерь, а зеркальные концентраторы повышают величину равновесной температуры. Из-за прозрачности поверхности 4 теплоприемника резко уменьшается ее теплоотдача, увеличивается равновесная температура теплоносителя, а углекислый газ поглощает инфракрасную область спектра излучения теплоприемника.
Claims (1)
- Солнечный коллектор, содержащий корпус со светопрозрачным покрытием и расположенным в нижней его части теплоприемником, между которыми рядами установлены отражательные элементы в виде зеркальных клиновидных призм, отличающийся тем, что теплоприемник выполнен в виде верхней прозрачной поверхности, на которой установлены призмы, и нижней стенки, центральная часть которой снабжена полусферическими выступами, расположенными в шахматном порядке, контактирующими и поддерживающими своими вершинами верхнюю поверхность теплоприемника, а края нижней его стенки выполнены в виде вогнутых полуцилиндрических поверхностей для размещения в них труб с низкокипящим теплоносителем, забирающим тепловую энергию коллектора, причем прозрачная поверхность теплоприемника между клиновидными призмами, дополнительно выполняющими роль концентраторов, выполнена выпукло-вогнутой, а сами призмы тонкостенными и полыми с вогнутыми боковыми гранями и выпукло-вогнутым основанием, точечно контактирующим с прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей для уменьшения конвективных потоков и обратного отражения теплоприемника, при этом полость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника и его нижней стенкой заполнена жидкостью с высокой температурой кипения, образующей совместно с выпукло-вогнутой частью прозрачной поверхности теплоприемника мелкие линзы, а объем между светопрозрачным покрытием коллектора и прозрачной поверхностью теплоприемника заполнена газом, обладающим высокими теплоизоляционными свойствами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001110131/06A RU2194929C1 (ru) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Солнечный коллектор |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001110131/06A RU2194929C1 (ru) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Солнечный коллектор |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2194929C1 true RU2194929C1 (ru) | 2002-12-20 |
Family
ID=20248447
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001110131/06A RU2194929C1 (ru) | 2001-04-16 | 2001-04-16 | Солнечный коллектор |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2194929C1 (ru) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005003643A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-01-13 | John Wayne Craft | Solar heater system |
RU2527270C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-08-27 | Станислав Леонидович Гефтлер | Солнечный водонагреватель |
RU2546340C1 (ru) * | 2013-12-27 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно- исследовательский институт электрофикации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Комбинированный солнечный водовоздушный коллектор |
EA029808B1 (ru) * | 2013-12-19 | 2018-05-31 | Эксет Лабс Б.В. | Способ преобразования солнечной энергии в тепловую и солнечный коллектор для его осуществления |
RU186579U1 (ru) * | 2018-04-27 | 2019-01-24 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Солнечный коллектор |
WO2022087543A1 (en) * | 2020-10-25 | 2022-04-28 | Giacomini David O | Three dimensional concave hemisphere solar cells |
-
2001
- 2001-04-16 RU RU2001110131/06A patent/RU2194929C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005003643A1 (en) * | 2003-07-08 | 2005-01-13 | John Wayne Craft | Solar heater system |
RU2527270C2 (ru) * | 2012-07-04 | 2014-08-27 | Станислав Леонидович Гефтлер | Солнечный водонагреватель |
EA029808B1 (ru) * | 2013-12-19 | 2018-05-31 | Эксет Лабс Б.В. | Способ преобразования солнечной энергии в тепловую и солнечный коллектор для его осуществления |
RU2546340C1 (ru) * | 2013-12-27 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно- исследовательский институт электрофикации сельского хозяйства"(ФГБНУ ВИЭСХ) | Комбинированный солнечный водовоздушный коллектор |
RU186579U1 (ru) * | 2018-04-27 | 2019-01-24 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" | Солнечный коллектор |
WO2022087543A1 (en) * | 2020-10-25 | 2022-04-28 | Giacomini David O | Three dimensional concave hemisphere solar cells |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10345008B2 (en) | Solar thermal concentrator apparatus, system, and method | |
Souliotis et al. | Heat retaining integrated collector storage solar water heater with asymmetric CPC reflector | |
US4238246A (en) | Solar energy system with composite concentrating lenses | |
US4134392A (en) | Solar energy collection | |
US4505260A (en) | Radiant energy device | |
USRE30027E (en) | Solar radiation collector and concentrator | |
US4341204A (en) | Solar energy collector | |
KR101841218B1 (ko) | 태양에너지 수집기 및 이를 이용한 시스템 | |
ES2375389A1 (es) | Planta de concentración solar tipo fresnel con reconcentrador secundario optimizado. | |
Hadjiat et al. | Design and analysis of a novel ICS solar water heater with CPC reflectors | |
US4305383A (en) | Solar energy collector | |
RU2194929C1 (ru) | Солнечный коллектор | |
US3254644A (en) | Thermosyphon solar heat cell | |
RU2172903C1 (ru) | Солнечный модуль с концентратом | |
AU2015101876A4 (en) | Solar concentrator comprising flat mirrors oriented north-south and a cylindrical-parabolic secondary mirror having a central absorber | |
Benrejeb et al. | Study of the effect of truncation on the optical and thermal performances of an ICS solar water heater system | |
JPS6118353B2 (ru) | ||
RU2194928C1 (ru) | Солнечный коллектор | |
US4341203A (en) | Solar energy collector | |
RU2194927C1 (ru) | Солнечный коллектор | |
RU2525055C2 (ru) | Солнечный коллектор | |
RU2224188C1 (ru) | Солнечный коллектор | |
ES2901996T3 (es) | Sistema condensador de energía solar | |
CA1068185A (en) | Solar heat collector | |
Khong | Design and construct discrete compound parabolic concentrator integrated collector storage solar water heater (CPC ICSSWH) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040417 |