RU2298738C2 - Фокусирующий солнечный коллектор - Google Patents

Фокусирующий солнечный коллектор Download PDF

Info

Publication number
RU2298738C2
RU2298738C2 RU2002135346/06A RU2002135346A RU2298738C2 RU 2298738 C2 RU2298738 C2 RU 2298738C2 RU 2002135346/06 A RU2002135346/06 A RU 2002135346/06A RU 2002135346 A RU2002135346 A RU 2002135346A RU 2298738 C2 RU2298738 C2 RU 2298738C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
concentrator
heat exchanger
radiation
receiver
solar collector
Prior art date
Application number
RU2002135346/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2002135346A (ru
Inventor
Георгий Александрович Щеглов (RU)
Георгий Александрович Щеглов
Александр Сергеевич Попов (RU)
Александр Сергеевич Попов
Original Assignee
Александр Сергеевич Попов
Георгий Александрович Щеглов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Сергеевич Попов, Георгий Александрович Щеглов filed Critical Александр Сергеевич Попов
Priority to RU2002135346/06A priority Critical patent/RU2298738C2/ru
Publication of RU2002135346A publication Critical patent/RU2002135346A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2298738C2 publication Critical patent/RU2298738C2/ru

Links

Images

Classifications

    • Y02E10/45

Abstract

Изобретение относится к области гелиотехники. В фокусирующем солнечном коллекторе дополнительно введены размещенные с обратной от приемника стороны концентратора радиационный теплообменник и энергоузел, при этом радиационный теплообменник имеет главную панель, расположенную в вертикальной плоскости концентратора, две средние панели, отходящие от главной панели под определенным углом, соединенные другими концами с центральной частью концентратора и осесимметричными периферийными частями, и две боковые панели, расположенные осесимметрично относительно вертикальной плоскости концентратора параллельно периферийным частям концентратора и соединенные одним концом со средними панелями теплообменника, другим концом - с периферийными частями концентратора, а энергоузел подключен к отводящей и подводящей частям приемника и содержит турбину, механически связанную с электрогенератором и гидравлически с отводящей частью приемника, с тепловым аккумулятором и через обратный клапан, радиационный излучатель и циркуляционный насос с подводящей частью приемника. Изобретение должно обеспечить создание компактной энергетической установки для космических летательных аппаратов на базе параболоцилиндрического солнечного концентратора. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области гелиотехники, а более конкретно к конструкции фокусирующего солнечного коллектора, использующего энергию солнца для производства электрической энергии, необходимой, например, для космического летательного аппарата.

Известен фокусирующий солнечный коллектор, содержащий зеркало, центральная часть которого имеет параболоидную форму, а осесимметричная с ней периферийная - вид усеченного конуса, и торовидную линзу. Линза установлена внутри конуса по его оси и высота ее не меньше высоты конуса. Для крупных гелиоустановок с целью уменьшения веса линза может быть выполнена ступенчатой по типу линзы Френеля. Центральная и периферийная части примыкают одна к другой, благодаря чему уменьшаются габариты концентратора (см. авторское свидетельство СССР №189252, кл. F02J /08, 1966).

В данном устройстве солнечный поток, попадая на центральную часть зеркала, отражается от него, собираясь в фокусе. Лучистый поток, отраженный от конической поверхности, собирается в том же фокусе при помощи торовидной линзы, установленной внутри конуса с углом конусности 45°, что необходимо для обеспечения оптимального направления лучей к линзе.

Недостатком данного устройства является то, что фокусирующий коллектор является телом вращения, в результате чего при использовании его, например, на космическом летательном аппарате затруднена его интеграция с радиационным теплообменником, а также возможность крепления к космическому аппарату с созданием складной компактной конструкции.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому предлагаемому изобретению по достигаемому результату и числу совпадающих признаков является фокусирующий солнечный коллектор, содержащий составной параболоцилиндрический концентратор, имеющий центральную часть, выполненную в виде параболы, и примыкающую к ней осесимметричную периферическую часть в виде отрезков прямых, отклоненных на 45° относительно оптической оси концентратора, и приемник, расположенный в фокусе параболы. Коллектор также содержит дополнительный приемник в виде двух плоских трубных досок с селективным покрытием, шарнирно закрепленных на оптической оси в точке пересечения ее с плоскостью, разделяющей центральную и периферическую части концентратора, выполненные в виде параболоида и плоских панелей соответственно. Трубные доски дополнительного приемника устанавливаются либо горизонтально, перекрывая центральную часть концентратора, либо вертикально вдоль оптической оси концентратора вплоть до его входного отверстия, ограниченного фокальной плоскостью параболоцилиндра (см. авторское свидетельство СССР №1553800, кл. F24J 2/12, 1990).

Фокусирующий солнечный коллектор содержит зеркальный составной концентратор с меридиональным сечением, имеющим центральную часть в виде параболы и примыкающую к ней осесимметричную периферическую в виде отрезков прямых, отклоненных на 45° относительно оптической оси концентратора, и приемник, расположенный в фокусе параболы. Коллектор содержит также дополнительный приемник в виде двух плоских трубных досок с селективным покрытием.

Теплоноситель поступает через трубопровод в плоские трубные доски дополнительного приемника солнечной энергии, которые последовательно соединены общим трубопроводом, из которого теплоноситель заходит в трубчатый приемник солнечной энергии, а дальше поступает в трубопровод горячей воды.

Часть воспринимаемого солнечного излучения после отражения на плоских панелях концентратора (периферическая часть) падает нормально на плоские трубные доски и поглощается за счет селективного покрытия. Остальная часть воспринимаемого солнечного излучения перераспределяется параболоцилиндрической поверхностью (центральная часть) концентратора на трубчатый селективный приемник и поглощается им.

Недостатком данного устройства является то, что оно обладает малой эффективностью при использовании в составе энергетической установки космического аппарата из-за недостаточной жесткости концентратора, отсутствия радиационного теплообменника, используемого в качестве холодильника тепловой машины, преобразующей внутреннюю энергию нагретого теплоносителя в механическую, и из-за невозможности вторичного использования в концентраторе излучения от теплоносителя, поступающего в холодильник.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков и создание компактной энергетической установки для космических летательных аппаратов на базе параболоцилиндрического солнечного концентратора, обладающей высоким КПД, высокой надежностью, долговечностью, а также возможностью наращивания мощности путем применения модульной конструкции.

Указанная цель достигается тем, что в фокусирующем солнечном коллекторе, содержащем составной параболоцилиндрический концентратор, имеющий центральную часть, выполненную в поперечном сечении в виде параболы, и примыкающие к этой части осесимметричные относительно вертикальной плоскости концентратора и соединенные между собой периферийные части, и приемник излучения, средняя часть которого параллельна поверхности концентратора и расположена в фокусе периферийных частей и центральной части на определенном расстоянии от последней, при этом подводящие и отводящие части приемника расположены в вертикальной плоскости концентратора, дополнительно введены размещенные с обратной от приемника стороны концентратора радиационный теплообменник и энергоузел, при этом радиационный теплообменник имеет главную панель, расположенную в вертикальной плоскости концентратора, и две средние панели, отходящие от главной панели под определенным углом, соединенные другими концами с центральной частью концентратора и осесимметричными периферийными частями, и две боковые панели, расположенные осесимметрично относительно вертикальной плоскости концентратора, параллельно периферийным частям концентратора и соединенные одним концом со средними панелями теплообменника, соединенные другим концом с периферийными частями концентратора, а энергоузел соединен с отводящей частью приемника и входом теплообменника и выход радиационного теплообменника связан с подводящей частью приемника излучения.

Указанная цель достигается тем, что в фокусирующем солнечном коллекторе энергоузел выполнен в виде турбины, механически связанной с электрогенератором и гидравлически с отводящей частью приемника излучения, с тепловым аккумулятором и через обратный клапан с радиационным излучателем, который соединен через циркуляционный насос с подводящей частью приемника излучения, при этом электрогенератор, тепловой аккумулятор и циркуляционный насос электрически присоединены к блоку управления.

Указанная цель достигается тем, что в фокусирующем солнечном коллекторе энергоузел размещен внутри треугольной призмы, образованной центральной частью концентратора и двумя расходящимися средними панелями радиационного теплообменника, при этом треугольная призма одним из своих концов прикреплена к космическому летательному аппарату.

Указанная цель достигается тем, что в фокусирующем солнечном коллекторе энергоузел размещен внутри космического летательного аппарата.

Указанная цель достигается тем, что в фокусирующем солнечном коллекторе приемник излучения выполнен трубчатым.

Указанная цель достигается тем, что в фокусирующем солнечном коллекторе конструкции концентратора и радиационного теплообменника выполнены составными и складными.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию "новизна".

Сущность решения не следует явным образом из известных, а следовательно, заявленное решение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материале заявки, достаточно для практического осуществления предлагаемого изобретения.

На фиг.1 представлен космический летательный аппарат с установленным на нем предлагаемым фокусирующим солнечным коллектором, на фиг.2 - схема данного фокусирующего коллектора, на фиг.3 - вид по стрелке «А», на фиг.4 - схема работы фокусирующего солнечного коллектора, на фиг.5 - схема работы энергоузла.

Фокусирующий солнечный коллектор содержит составной параболоцилиндрический концентратор 1, имеющий центральную часть 2, выполненную в поперечном сечении в виде параболы, и примыкающие к этой части осесимметричные относительно вертикальной плоскости 3 концентратора и соединенные между собой периферийные части 4 и 5, и приемник 6 излучения, средняя часть 7 которого параллельна поверхности концентратора и расположена в фокусе периферийных частей 4 и 5 и центральной части 2 на определенном расстоянии от поверхности концентратора, при этом подводящая часть 8 и отводящая часть 9 приемника расположены в вертикальной плоскости 3 концентратора 1.

В данный коллектор, кроме того, входят радиационный теплообменник 10 и энергоузел 11, причем первый имеет главную панель 12, расположенную в вертикальной плоскости концентратора, и две средние панели 13 и 14, отходящие от главной панели под определенным углом, соединенные другими концами с центральной частью 2 концентратора и осесимметричными периферийными частями 4 и 5, и две боковые панели 15 и 16, расположенные осесимметрично относительно вертикальной плоскости 3 концентратора, параллельно периферийным частям 4 и 5 концентратора, и соединенные одним концом со средними панелями 13 и 14 теплообменника, соединенные другим концом с периферийными частями 4 и 5 концентратора, а второй соединен с отводящей частью 9 приемника и входом теплообменника 10. В данном коллекторе выход радиационного теплообменника 10 связан с подводящей частью 8 приемника излучения.

Энергоузел 11 выполнен в виде турбины 17, механически связанной с электрогенератором 18 и гидравлически с отводящей частью 9 приемника 6 излучения, с тепловым аккумулятором 19 и через обратный клапан 20 с радиационным теплообменником 10, который соединен через циркуляционный насос 21 с подводящей частью 8 приемника 6 излучения. При этом электрогенератор 18, тепловой аккумулятор 19 и циркуляционный насос 21 электрически присоединены к блоку управления 22.

Фокусирующий солнечный коллектор работает следующим образом (фиг.4). Концентратор 1 сориентирован на солнце. При этом радиационный теплообменник 10 находится в тени концентратора. По приемнику излучения 6 в направлении от подводящей части 8 через среднюю часть 7 к отводящей части 9 движется жидкий теплоноситель, нагреваясь по мере движения излучением, сфокусированным концентратором. По мере движения теплоноситель изменяет свою фазу, переходя в газообразное состояние в отводящей части 9 приемника. Из отводящей части приемника теплоноситель подается в энергоузел 11, где энергия газа превращается в механическую энергию, которая преобразуется в электрическую электрогенератором. Отработанный теплоноситель поступает на вход радиационного теплообменника 10, работающего как холодильник. По каналам теплообменника теплоноситель, постепенно охлаждаясь и конденсируясь в жидкость, движется в сторону подводящей части 8 приемника 6 излучения, при этом панелями 12-16 энергия излучается в космос. Часть энергии боковыми панелями 15 и 16 теплообменника излучается в сторону приемника 6, что увеличивает КПД установки. Выход радиационного теплообменника 10 связан подводящей частью 8 приемника излучения. Таким образом, жидкий теплоноситель циркулирует по замкнутому кругу.

Claims (6)

1. Фокусирующий солнечный коллектор, например, для космического летательного аппарата, содержащий составной параболоцилиндрический концентратор, имеющий центральную часть, выполненную в поперечном сечении в виде параболы, и примыкающие к этой части осесимметричные относительно вертикальной плоскости концентратора и соединенные между собой периферийные части, и приемник излучения, средняя часть которого параллельна поверхности концентратора и расположена в фокусе периферийных частей и центральной части на определенном расстоянии от последней, при этом подводящие и отводящие части приемника расположены в вертикальной плоскости концентратора, отличающийся тем, что в нем дополнительно введены размещенные с обратной от приемника стороны концентратора радиационный теплообменник и энергоузел, при этом радиационный теплообменник имеет главную панель, расположенную в вертикальной плоскости концентратора, и две средние панели, отходящие от главной панели под определенным углом, соединенные другими концами с центральной частью концентратора и осесимметричными периферийными частями, и две боковые панели, расположенные осесимметрично относительно вертикальной плоскости концентратора, параллельно периферийным частям концентратора и соединенные одним концом со средними панелями теплообменника, соединенные другим концом с периферийными частями концентратора, а энергоузел соединен с отводящей частью приемника и входом теплообменника, и выход радиационного теплообменника связан с подводящей частью приемника излучения.
2. Фокусирующий солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что энергоузел выполнен в виде турбины, механически связанной с электрогенератором и гидравлически с отводящей частью приемника излучения, с тепловым аккумулятором и через обратный клапан с радиационным излучателем, который соединен через циркуляционный насос с подводящей частью приемника излучения, при этом электрогенератор, тепловой аккумулятор и циркуляционный насос электрически присоединены к блоку управления.
3. Фокусирующий солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что энергоузел размещен внутри треугольной призмы, образованной центральной частью концентратора и двумя расходящимися средними панелями радиационного теплообменника, при этом треугольная призма одним из своих концов прикреплена к космическому летательному аппарату.
4. Фокусирующий солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что энергоузел размещен внутри космического летательного аппарата.
5. Фокусирующий солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что приемник излучения выполнен трубчатым.
6. Фокусирующий солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что конструкции концентратора и радиационного теплообменника выполнены составными и складными.
RU2002135346/06A 2002-12-27 2002-12-27 Фокусирующий солнечный коллектор RU2298738C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002135346/06A RU2298738C2 (ru) 2002-12-27 2002-12-27 Фокусирующий солнечный коллектор

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002135346/06A RU2298738C2 (ru) 2002-12-27 2002-12-27 Фокусирующий солнечный коллектор

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002135346A RU2002135346A (ru) 2004-07-10
RU2298738C2 true RU2298738C2 (ru) 2007-05-10

Family

ID=38108024

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002135346/06A RU2298738C2 (ru) 2002-12-27 2002-12-27 Фокусирующий солнечный коллектор

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2298738C2 (ru)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Romero et al. Solar thermal CSP technology
US6899097B1 (en) Solar blackbody waveguide for efficient and effective conversion of solar flux to heat energy
US6775982B1 (en) Solar heat utilization stirling engine power generation plant
CN101660845B (zh) 复合曲面二次反射聚光集热器
EP2000669B1 (en) Solar concentration plant for the production of superheated steam
US9467089B2 (en) Solar concentrator configuration with improved manufacturability and efficiency
AU2009312347B2 (en) Solar thermal power plant and dual-purpose pipe for use therewith
US4945731A (en) Absorbing fluid receiver for solar dynamic power generation and solar dynamic power system
ES2362482T3 (es) Elemento absorbedor para la obtención de calor solar de alta temperatura y procedimiento para su fabricación.
US8188366B2 (en) Integrated solar energy conversion system, method, and apparatus
US6895145B2 (en) Apparatus and method for collecting light
EP2472111B1 (en) Solar light concentrating system
CA2076043C (en) Solar roof collector
US7836695B2 (en) Solar energy system
US9726155B2 (en) Concentrated solar power generation using solar receivers
US4394859A (en) Central solar energy receiver
US4893612A (en) Radiant energy collector
US8378280B2 (en) Integrated solar energy receiver-storage unit
EP2289149B1 (en) A solar steam generator
US4296737A (en) Parabolic trough concentrating solar collector
CA1082543A (en) Radiant energy collector panel and system
CN105042898A (zh) 一种管径变化的管板式太阳能集热器系统
ES2354652T3 (es) Turbina y captador de energía solar.
US20060016448A1 (en) Apparatus and method for collecting energy
JP4829407B2 (ja) 太陽エネルギー集中器及び変換器並びにその組合せ

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20101228