RU2255270C2

RU2255270C2 - Solar thermal converter

Info

Publication number: RU2255270C2
Application number: RU2003128341/06A
Authority: RU
Inventors: Д.Л. Забродский (RU); Д.Л. Забродский
Original assignee: Забродский Дмитрий Львович
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-06-27
Also published as: RU2003128341A

Abstract

FIELD: solar power engineering.

SUBSTANCE: solar thermal converter comprises straight-flow passage for heat-transfer agent and concentrator of solar radiation. The passage is defined by pipelines whose cross-sections are triangles. The walls of the pipelines are smooth. The thermal converter also has reflector which receives the solar beams reflected from the concentrator of solar radiation.

EFFECT: enhanced efficiency.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области использования солнечной энергии для обеспечения энергетических нужд на производстве и в быту, преимущественно для опреснения соленой воды.The invention relates to the field of use of solar energy to provide energy needs in industry and at home, mainly for desalination of salt water.

Известно устройство для очистки и дистилляции соленой воды, включающее зеркало, поверхность которого имеет параболическую образующую. То есть зеркало представляет собой параболоид вращения. Лучи солнца с помощью этого зеркала направляются на испаритель, DE 4406365 A1.A device for cleaning and distillation of salt water, including a mirror, the surface of which has a parabolic generatrix. That is, the mirror is a paraboloid of revolution. The rays of the sun with this mirror are directed to the evaporator, DE 4406365 A1.

Это техническое решение позволяет собирать лучи практически в одну точку; однако в случае, если они будут сфокусированы вне испарителя по причине сбоя в управлении зеркалом, возможно возникновение пожара вследствие высокой степени концентрации энергии. Кроме того, следует отметить, что эта же причина обусловливает необходимость применения особых весьма низкоплавких и жаростойких материалов для изготовления испарителя.This technical solution allows you to collect rays at almost one point; however, if they are focused outside the evaporator due to a malfunction in mirror control, a fire may occur due to a high degree of energy concentration. In addition, it should be noted that the same reason necessitates the use of special very low melting and heat-resistant materials for the manufacture of the evaporator.

Известен также гелиотермический преобразователь, содержащий прямоточный канал теплоносителя, выполненный из металла с поверхностным селективным оптическим поглощающим слоем и проходящий с зазором сквозь стеклянную вакуумированную оболочку; поверхностный селективный оптический поглощающий слой образован развитием рельефа на внешней поверхности канала; канал теплоносителя и стеклянная оболочка соединены через упругие элементы, а преобразователь до герметизации стеклянной оболочки подвергнут термической обработке в вакууме, RU 2109225.Also known is a solar thermal converter comprising a direct-flow coolant channel made of metal with a surface selective optical absorbing layer and passing through the vacuum evacuated glass with a gap; a surface selective optical absorbing layer is formed by the development of a relief on the outer surface of the channel; the heat carrier channel and the glass shell are connected through elastic elements, and the converter is heat-treated in vacuum before sealing the glass shell, RU 2109225.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.This technical solution is taken as a prototype of the present invention.

Преобразователь также содержит зеркальный концентратор, имеющий цилиндрическую отражающую поверхность; направляющая этой цилиндрической поверхности представляет собой окружность, а образующая - прямую линию. Такая поверхность концентратора более равномерно фокусирует лучи на поверхности канала теплоносителя, что существенно снижает возможность возникновения пожара. Однако прототип имеет весьма серьезные недостатки. Прежде всего, следует указать, что происходит весьма значительное рассеивание и потеря энергии, большая часть которой уходит в пространство вне канала теплоносителя.The converter also comprises a mirror concentrator having a cylindrical reflective surface; the guide of this cylindrical surface is a circle, and the generatrix is a straight line. Such a concentrator surface focuses the rays more evenly on the surface of the coolant channel, which significantly reduces the possibility of a fire. However, the prototype has very serious disadvantages. First of all, it should be noted that there is a very significant dissipation and loss of energy, most of which goes into space outside the coolant channel.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи повышения эффективности устройства за счет уменьшения потерь энергии при исключении ее чрезмерной концентрации в одной точке и, соответственно, уменьшении опасности возгорания.The present invention is based on the solution of the problem of increasing the efficiency of the device by reducing energy losses while eliminating its excessive concentration at one point and, accordingly, reducing the risk of fire.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в гелиотермическом преобразователе, содержащем прямоточный канал теплоносителя и концентратор солнечного излучения с цилиндрической отражающей поверхностью, направляющая цилиндрической поверхности концентратора солнечного излучения представляет собой параболу; гелиотермический преобразователь может дополнительно содержать рефлектор, принимающий лучи, отраженные от концентратора солнечного излучения и направляющий их на канал теплоносителя; канал теплоносителя может быть образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, при этом одна из вершин каждого из них обращена в сторону концентратора солнечного излучения; канал теплоносителя может быть образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, при этом одна из вершин каждого из них обращена в сторону рефлектора.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in a heliothermal converter containing a direct-flow coolant channel and a solar radiation concentrator with a cylindrical reflective surface, the guide of the cylindrical surface of the solar radiation concentrator is a parabola; the solar thermal converter may further comprise a reflector receiving rays reflected from the solar radiation concentrator and directing them to the coolant channel; the coolant channel can be formed by a set of highways, the cross sections of which are triangles, with one of the vertices of each of them facing the solar concentrator; the coolant channel can be formed by a set of highways, the cross sections of which are triangles, with one of the vertices of each of them facing the reflector.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию “новизна”.The applicant has not identified sources containing information on technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of “novelty”.

Благодаря тому, что отражающая поверхность концентратора солнечного излучения имеет цилиндрическую форму с направляющей, представляющей собой параболу, лучи не собираются в одну точку и не рассеиваются по поверхности канала теплоносителя, а собираются по линии, расположенной вдоль канала на его поверхности. Таким образом значительно снижаются потери энергии и возрастает эффективность нагрева. Благодаря наличию рефлектора исключается необходимость изменения угла наклона его продольной оси относительно горизонта.Due to the fact that the reflecting surface of the solar concentrator has a cylindrical shape with a guide representing a parabola, the rays are not collected at one point and are not scattered along the surface of the coolant channel, but are collected along a line located along the channel on its surface. Thus, energy losses are significantly reduced and heating efficiency is increased. Thanks to the presence of the reflector, the need to change the angle of inclination of its longitudinal axis with respect to the horizon is eliminated.

В результате того, что канал теплоносителя образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, причем одна из вершин каждого из них обращена в сторону концентратора солнечного излучения или в сторону рефлектора, обеспечивается максимальное поглощение энергии поверхностью канала и, соответственно, резко уменьшается ее излучение в пространство.As a result of the fact that the coolant channel is formed by a set of highways, the cross sections of which are triangles, and one of the vertices of each of them is turned towards the solar radiation concentrator or towards the reflector, the maximum energy absorption is provided by the channel surface and, accordingly, its radiation sharply decreases into space .

Таким образом, благодаря реализации отличительных признаков изобретения достигается указанный выше важный технический результат. Это, по мнению заявителя, обусловливает соответствие заявленного технического решения критерию “изобретательский уровень”.Thus, due to the implementation of the distinguishing features of the invention, the above important technical result is achieved. This, according to the applicant, determines the conformity of the claimed technical solution to the criterion of “inventive step”.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - схема лучшего варианта исполнения устройства в аксонометрии;figure 1 is a diagram of a better embodiment of a device in a perspective view;

на фиг.2 - то же, что на фиг.1, вид сбоку;figure 2 is the same as in figure 1, side view;

на фиг.3 - канал теплоносителя, поперечный разрез в увеличенном масштабе.figure 3 - channel coolant, a cross section in an enlarged scale.

Гелиотермический преобразователь содержит прямоточный канал 1 теплоносителя. Сечение канала может быть круглым, прямоугольным и т.д. Канал 1 может быть образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники. Такой вариант исполнения предпочтителен, поскольку обеспечивает максимальное поглощение энергии поверхностью канала и, соответственно, резкое уменьшение ее потерь из-за излучения ее в пространство. Цилиндрическая поверхность концентратора 2 солнечного излучения имеет прямолинейную образующую и направляющую, представляющую собой параболу.The solar thermal converter contains a direct-flow channel 1 of the coolant. The channel cross section can be round, rectangular, etc. Channel 1 can be formed by a set of highways, the sections of which are triangles. This embodiment is preferable because it provides maximum absorption of energy by the channel surface and, accordingly, a sharp decrease in its losses due to its radiation into space. The cylindrical surface of the solar concentrator 2 has a rectilinear generatrix and a guide, which is a parabola.

В варианте по п.2 формулы изобретения устройство дополнительно содержит рефлектор 3, принимающий лучи, отраженные от концентратора 2, и направляющий их на канал 1 теплоносителя. В случае, если канал 1 образован совокупностью магистралей, сечениями которых являются треугольники, одна из вершин каждого из них должна быть обращена либо к концентратору 2 (при отсутствии рефлектора 3), либо к рефлектору 3. Форма отражающей поверхности рефлектора либо такая же, как у концентратора 2, либо при малом расстоянии от рефлектора до канала 1 - плоская или слегка закругленная.In the embodiment according to claim 2, the device further comprises a reflector 3, receiving rays reflected from the concentrator 2, and directing them to the coolant channel 1. If channel 1 is formed by a set of highways, the cross sections of which are triangles, one of the vertices of each of them must face either concentrator 2 (in the absence of reflector 3) or reflector 3. The shape of the reflective surface of the reflector is either the same as concentrator 2, or at a small distance from the reflector to channel 1 - flat or slightly rounded.

Устройство в лучшем примере исполнения работает следующим образом. Лучи солнца отражаются от концентратора солнечного излучения 2 и попадают на рефлектор 3. Благодаря тому, что цилиндрическая поверхность концентратора 2 имеет параболическую направляющую, лучи солнца, отраженные от этой поверхности, фокусируются в виде линии (практически узкой полосы) на рефлекторе 3 и затем отражаются и фокусируются в виде узкой полосы на канале 1. Теплоноситель, в конкретном примере вода, движется через канал 1 и нагревается от стенок канала, нагреваемых солнечным излучением. При этом, благодаря тому, что сечение канала 1 имеет форму совокупности треугольников, практически вся энергия, отраженная от рефлектора 3 и поступающая на стенки канала 1, поглощается. Этому способствуют гладкие стенки канала 1 и их особая геометрия (фиг.3), поскольку непоглощенная часть лучей отражается стенкой канала и, попадая на другую стенку, поглощается ею, а также частично возвращается и поглощается первой стенкой и т.д.The device in the best example of execution works as follows. The rays of the sun are reflected from the solar concentrator 2 and fall on the reflector 3. Due to the fact that the cylindrical surface of the concentrator 2 has a parabolic guide, the rays of the sun reflected from this surface are focused in the form of a line (almost a narrow strip) on the reflector 3 and then are reflected and they are focused in the form of a narrow strip on channel 1. The heat carrier, in a specific example, water moves through channel 1 and is heated from the channel walls heated by solar radiation. Moreover, due to the fact that the cross section of the channel 1 has the form of a set of triangles, almost all the energy reflected from the reflector 3 and supplied to the walls of the channel 1 is absorbed. This is facilitated by the smooth walls of channel 1 and their special geometry (Fig. 3), since the non-absorbed part of the rays is reflected by the channel wall and, when it hits another wall, is absorbed by it, and partially returns and is absorbed by the first wall, etc.

Claims

1. A solar thermal converter containing a direct-flow coolant channel and a solar radiation concentrator, characterized in that the coolant channel is formed by a set of highways, the sections of which are triangles, and the walls of the highways are made smooth.

2. The solar thermal converter according to claim 1, characterized in that it further comprises a reflector that receives rays reflected from the solar radiation concentrator and directs them to the coolant channel.