RU2476782C2 - Аппарат, использующий солнечную энергию для подогрева и выработки электроэнергии - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к солнечным установкам с функциями подогрева и выработки электроэнергии, включающим в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, приспособленный к приведению в действие механизмов, способных ориентировать себя к солнцу в течение дня таким образом, чтобы получать максимальное количество солнечной энергии для нагревания и аккумулирования жидкостей для различных применений и для выработки электрической энергии с высокими энергетическими КПД. Аппарат, использующий солнечную энергию для подогрева и выработки электроэнергии, приспособленный для подогрева жидкостей для различного применения и выработки электроэнергии с высоким энергетическим КПД, включает в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, способный к изменяемой ориентации относительно солнца в течение дня, характеризующийся базовой несущей конструкцией (7), установленной на земле, и дополнительной несущей конструкцией (9), поддерживаемой указанной базовой несущей конструкцией (7) и прикрепленной к указанному солнечному концентратору (8) и обеспечивающей возможность указанному солнечному концентратору (8) поворачиваться на заранее установленный максимальный угол вращения, выполняя первое возвратно-поступательное вращательное движение по кругу в горизонтальной плоскости вдоль указанной несущей конструкции (7) и второе возвратно-поступательное движение по криволинейной траектории в вертикальной плоскости ортогонально к указанной горизонтальной плоскости, указанный солнечный концентратор (8) может запускаться для выполнения указанного первого движения и указанного второго движения в течение целого дня с помощью первого и второго пусковых средств, соответственно, которые приводятся в действие средствами привода, подсоединенными к указанным первому и второму пусковым средствам согласно соответствующим ориентациям указанного солнечного концентратора (8) согласно обнаружению первым и вторым сенсорными средствами, соответственно, присоединенными к указанным средствам привода так, чтобы поддерживать указанный солнечный концентратор постоянно ориентированным к солнцу должным образом в течение дня с целью обеспечения максимально возможного количества солнечного излучения, которое должно быть получено при каждой установленной ориентации, солнечная установка далее характеризуется теплообменными средствами и средствами выработки электроэнергии, опирающимися на указанную дополнительную несущую конструкцию (9), предпочтительно расположенную в фокусе указанного солнечного концентратора (8), которые обеспечивают возможность воспринимать солнечное излучение, получаемое последним и сконцентрированное в нем, и вызывать нагревание жидкости, циркулирующей в указанных средствах теплообмена, и выработку электроэнергии, соответственно, в размерах, соответствующих количеству полученного солнечного излучения, указанные средства выработки электроэнергии включают, по меньшей мере, фотоэлектрические панели, состоящие из множества фотоэлектрических элементов, которые расположены с примыканием друг к другу и закреплены на опорной конструкции, сформированной из соответствующих щитков, выполненных из электроизоляционного материала, оснащенных связанными с ними электрическими контактами и токопроводящими дорожками, указанная базовая несущая конструкция (7) состоит, по меньшей мере, из горизонтального металлического направляющего кольца (10) заранее установленного диаметра, имеющего такую конфигурацию, которая обеспечивает наличие плоской верхней кромки и наружный направляющий паз, проходящий вдоль него и оснащенный комплектом расположенных ниже металлических кронштейнов, идентичных один другому и расположенных с равными интервалами по всей окружности указанного кольца, каждый такой кронштейн изогнут так, чтобы образовать нижнее опорное основание, вертикальную стойку и верхнюю головку, в которой указанное опорное основание прикреплено с помощью болтов или подобных крепежных средств к горизонтальной фундаментной плите (17) из материала соответствующей жесткости и прочности, такого как бетон, металл и т.п., которая надежно закреплена на земле, и указанная верхняя головка оснащена средствами скольжения, такими как паразитные колеса или подобные средства, взаимодействующие с указанным направляющим кольцом (10) и способные скользить относительно него так, чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение этому направляющему кольцу, указанная дополнительная несущая конструкция (9) состоит из набора прямолинейных брусков, простирающихся в продольном направлении, и прямолинейных брусков, простирающихся в поперечном направлении, а также пары полукруглых элементов, которые присоединены к указанным брускам и к указанному солнечному концентратору (8), согласно изобретению, полукруглые элементы имеют конфигурацию направляющих полуколец, соответствующие концевые части которых присоединены друг к другу посредством пары прямолинейных брусков и пары промежуточных стяжных тяг, указанная дополнительная несущая конструкция (9) дополнительно включает в себя пару металлических армирующих элементов, имеющих форму полуокружности, которые закреплены на указанных продольных брусках и к указанным полукольцам, которые в свою очередь опираются с возможностью скольжения на ряд установленных ниже скользящих и поддерживающих кронштейнов, которые опираются на соответствующие горизонтальные концевые части и прикреплены к этим концевым частям, одной из двух продолговатых поперечин (64, 65), одинаковых и закрепленных на указанном направляющем кольце (10) так, что указанные поперечины расположены параллельно одна другой и отдалены друг от друга, указанная первая и указанная вторая пара кронштейнов оснащены средствами скольжения и средствами механического привода, которые могут приводиться в действие указанными пусковыми средствами, указанные первые и указанные вторые сенсорные средства составлены, по меньшей мере, из первой и второй пары фотоэлектрических датчиков (97, 98; 99, 100), соответственно, которые размещены близко один к другому и соосно друг другу и опираются на указанную дополнительную несущую конструкцию (9) в таком положении, чтобы быть постоянно обращенными к солнцу, начиная с раннего утра и практически в течение всего дня, так чтобы указанные датчики постоянно подвергались солнечному излучению на протяжении указанного периода времени, датчики указанной первой и указанной второй пары датчиков размещены во взаимно выровненном положении в продольном или поперечном направлении их размещения на указанной дополнительной несущей конструкции (9) и подготовлены для распознавания освещенности солнечного излучения и запускания посредством указанных пусковых средств так, чтобы вызвать указанное первое движение и указанное второе движение указанного солнечного концентратора (8) либо для продолжения, либо для остановки, и в результате указанный солнечный концентратор (8) должен быть надлежащим образом ориентирован в соответствующем положении, когда оба датчика указанной первой и указанной второй пар датчиков освещены при разных уровнях освещенности и при одинаковых уровнях освещенности соответственно. Изобретение должно обеспечить получение максимально большого количества солнечной энергии в течение дня и высокого энергетического КПД, осуществление не только нагревания жидкостей, но также и выработки электрической энергии. 3 з.п. ф-лы, 26 ил.

Description

Изобретение относится к солнечным установкам с функциями подогрева и выработки электроэнергии, включающим в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, приспособленный к приведению в действие механизмов, способных ориентировать себя к солнцу в течение дня таким образом, чтобы получать максимальное количество солнечной энергии для нагревания и аккумулирования жидкостей для различных применений и для выработки электрической энергии с высокими энергетическими КПД.

Известны солнечные установки различных видов для нагревания и сбора жидкостей для отопительных установок, которые в основном состоят из панелей солнечных батарей плоской конфигурации, установленные стационарно, имеющие заранее заданную ориентировку на солнце без возможности менять такую ориентировку в течение дня, и, таким образом, чтобы получать заранее установленное количество солнечной энергии, такие установки в свою очередь состоят из теплообменника, входящего в тепловой контакт с панелями солнечных батарей, который способен принимать накопленную солнечную энергию и нагревать жидкость, циркулирующую по отдельной гидравлической цепи, которая впоследствии передается в теплоизолированные накопительные резервуары, где собирается и распределяется по гидравлическим трубопроводам, когда появляется необходимость использования этой нагретой жидкости.

Кроме того, известны панели солнечных батарей для нагревания и сбора жидкостей для обогрева установок, а также для различных применений, например для приготовления пищи, состоящие из солнечных концентраторов солнечной энергии, имеющих параболическую форму или форму круговых секторов, которые состоят из комплекта профильных элементов, изготовленных из отражающего материала, соединенных друг с другом и поддерживаемых несущей конструкцией, установленной на земле, таким образом, чтобы воспринимать солнечную энергию и концентрировать ее в фокусе, где накопленная солнечная энергия используется для нагревания жидкости или для приготовления пищи.

В первом случае нагревание жидкости осуществляется путем помещения в фокус одного или более контейнеров жидкости, предназначенной для нагревания, таким образом, чтобы нагревать такую жидкость, которая может быть извлечена непосредственно из таких контейнеров, когда ее использование требуется, или она может быть перенесена в теплоизолированные накопительные резервуары, чтобы быть извлеченной впоследствии. В качестве альтернативы нагревание жидкости может осуществляться через теплообменник, помещенный в фокус солнечного концентратора, в радиаторе которого циркулирует нагреваемая жидкость, которая через проводник тепла контактирует с концентрированной солнечной энергией и таким образом нагревается и переносится к теплоизолированным накопительным резервуарам, чтобы быть извлеченной впоследствии. Во втором случае приготовление пищи осуществляется путем помещения в фокус концентратора ряда приемных резервуаров или неподвижных опор, в которые пища помещается и готовится непосредственно концентрированной солнечной энергией в течение соответственно установленного времени приготовления.

В этих типах солнечных установок все концентраторы солнечной энергии, которые применяются, могут быть смонтированы с заранее установленной фиксированной ориентацией, такой, чтобы солнечная энергия собиралась в заранее установленном объеме в течение дня, или они могут устанавливаться с переменной ориентацией, определяемой соответствующими механизмами, сопряженными с теми же концентраторами с тем, чтобы получать и концентрировать максимально возможное количество солнечной энергии в течение дня для получения высокого теплового КПД.

Кроме того, известны солнечные установки для выработки электрической энергии, которые состоят из фотоэлектрических панелей традиционного типа, встроенных на соответствующих опорных конструкциях, установленных на земле или в зданиях и приспособленных для восприятия солнечной энергии и выработки непосредственно электрической энергии, которая затем используется немедленно для разных целей или может храниться в аккумуляторных батареях, подсоединенных к таким установкам, и использоваться в последующие периоды. Как правило, фотоэлектрические панели таких солнечных установок смонтированы с заранее установленной фиксированной ориентацией, такой, которая позволяет собирать солнечную энергию в заранее установленном количестве в течение дня для получения электрической энергии.

Целью настоящего изобретения является реализация нового типа солнечной установки, имеющей такие характеристики, которые позволят получать максимально большее количество солнечной энергии в течение дня с последующими высокими энергетическими КПД и осуществлять не только нагревание жидкостей, но также и выработку электрической энергии, тем самым получая сочетание рабочих параметров, которого невозможно было достичь с описанными выше солнечными установками, существующими в настоящее время.

Эта солнечная установка реализуется с конструктивными характеристиками и преимуществами, описание которых в основном приводится с особой ссылкой на прилагаемую формулу изобретения. Изобретение можно будет лучше понять из приведенного описания, представляемого посредством только неограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- Фиг.1 показывает перспективное изображение с определенным углом обзора взаимного расположения солнечной установки согласно изобретению, повернутой в рабочее положение по отношению к солнцу;

- Фиг.2 показывает перспективное изображение с другим углом обзора взаимного расположения солнечной установки Фиг.1, повернутой в другое рабочее положение по отношению к солнцу;

- Фиг.3 показывает пространственное изображение и вид спереди различных составных частей настоящей солнечной установки;

- Фиг.4 показывает увеличенный вид солнечной установки сзади согласно изобретению, повернутой в то же рабочее положение, как на Фиг.1;

- Фиг.5 показывает вид сбоку солнечной установки, повернутой в рабочее положение, как на Фиг.2;

- Фиг.6 показывает перспективное увеличенное изображение сбоку и с другим углом

обзора настоящей солнечной установки, повернутой в то же рабочее положение, что и на Фиг.2;

- Фиг.7 показывает перспективное увеличенное изображение сбоку и с другим углом

обзора солнечной установки, повернутой в то же рабочее положение, что и на Фиг.4;

- Фиг.8 показывает вид спереди фрагмента составной части солнечной установки согласно изобретению;

- Фиг.9 показывает вид сбоку составной части установки Фиг.8;

- Фиг.9а показывает в таком же виде, что и на Фиг.9, увеличенный конструктивный элемент составной части, отображенной на этом чертеже;

- Фиг.10 показывает вид в плане двух других составных частей настоящей солнечной установки, смонтированных друг с другом;

- Фиг.11 показывает в плане одну из составных частей Фиг.10;

- Фиг.12 показывает вид сбоку взаимного расположения составных частей, показанных на Фиг.10, настоящей установки, смонтированных друг с другом;

- Фиг.13 показывает пространственное изображение с определенным углом обзора взаимного расположения составных частей, показанных на Фиг.10;

- Фиг.14 показывает перспективное изображение с тем же углом обзора, что и на Фиг.13, составных частей, показанных на Фиг.10, смонтированных друг с другом;

- Фиг.15 показывает увеличенное перспективное изображение с другим углом обзора в отличие от Фиг.14 составных частей, показанных на Фиг.10, смонтированных друг с другом;

- Фиг.16 показывает увеличенный перспективный вид сбоку сборочного расположения составных частей, показанных на Фиг.10-15, размещенных на несущей конструкции настоящей солнечной установки;

- Фиг.17 показывает перспективный вид сбоку механизма для приведения в действие солнечной установки;

- Фиг.18 показывает вид сбоку механизма, показанного на Фиг.17, для приведения установки в действие;

- Фиг.19 показывает перспективный вид сбоку механизма приведения в действие, показанного на Фиг.17, с другим углом обзора;

- Фиг.20 показывает перспективный вид сзади механизма приведения установки в действие, показанного на Фиг.17;

- Фиг.21, 22, 23, 24 и 25 показывают соответствующие виды сбоку настоящей солнечной установки, повернутой в разные рабочие положения в течение дня;

- Фиг.26 показывает увеличенное перспективное изображение дальнейшей составной части настоящего механизма.

На указанных чертежах схематически показана солнечная установка согласно изобретению для нагревания и для выработки электрической энергии, которая осуществляется путем ориентирования по отношению к солнцу таким образом, чтобы получить по возможности максимальное количество солнечной энергии в течение дня с тем, чтобы нагревать жидкости для различных целей и вырабатывать электрическую энергию с высокими энергетическими КПД. Обращаясь теперь к фиг.1, 4 и 5 и фиг.2, 6 и 7, на которых схематически показана солнечная установка согласно изобретению с двумя ее различными ориентациями по отношению к солнцу 6 в течение дня, можно отметить, что она состоит в основном из фундаментной несущей конструкции 1, установленной на земле и выполненной таким образом и для такого применения, которые будут описаны позднее и, по крайней мере, из одного концентратора 8, прикрепленного к другой несущей конструкции 9, которая опирается на фундаментную несущую конструкцию 7 и выполнена так, чтобы обеспечить повороты солнечного концентратора 8 с установленным максимальным углом поворота, с перемещением как по кругу, так и в горизонтальной плоскости вместе с фундаментной несущей конструкцией 7 и перемещением по криволинейной траектории по вертикальной плоскости, ортогональной к указанной горизонтальной плоскости.

Как видно из этих чертежей, и при дальнейшем обращении к Фиг.3, на котором показаны различные составные части настоящей солнечной установки, отделенные одна от другой, фундаментная несущая конструкция 7 состоит из металлического горизонтального направляющего кольца 10 установленного диаметра, имеющего сформированную верхнюю плоскую кромку 11 и внешний направляющий паз 12 по ее периметру, направляющее кольцо опирается на ряд расположенных ниже металлических опорных стоек 13, идентичных и размещенных на равных расстояниях одна от другой, каждая из которых при наклоне образует основание нижней опоры 14, вертикальную стойку 15 и верхнюю головку 16, основание опоры 14 закрепляется с помощью болтов или подобным крепежом (не показан) к горизонтальной фундаментной плите 17, выполненной из соответствующего жесткого материала (например, бетона, металла и т.д.), должным образом закрепленной на земле, а верхняя головка 16 оснащена двумя паразитными колесами 18 и 19, установленными на ней с перекрыванием друг друга и с небольшим интервалом, эти колеса размещаются в направляющих пазах 12 и 5 соответственно напротив нижней плоской кромки 11 направляющего кольца 10 и могут скользить в этих положениях, когда это кольцо поворачивается в любом из направлений А и В, противоположных одно другому, под действием первого пускового механизма 20, описание которого дается ниже.

Вместо использования паразитных колес, верхняя головка 16 может быть также оснащена ползунами или другими скользящими элементами, взаимодействующими с направляющим кольцом 10 для определения вращения этого самого кольца и, следовательно, также и солнечного концентратора 8, не отходя, таким образом, от области защиты изобретения. В свою очередь, солнечный концентратор 8 состоит, как видно из фиг.8, 9 и 9а, из набора стенок криволинейного очертания, изготовленных из отражающего металлического или неметаллического материала, например алюминия, размещенных с примыканием друг к другу и присоединенных к несущей конструкции 9, которые имеют такую же ширину и длину и такой же изгиб и которые ограничены соответствующими плоскими боковыми кромками 21 и 22, параллельными между собой, и соответствующими передними кромками 23 и 24, параллельными друг к другу и ортогональными по отношению к этим боковым кромкам. В данном примере представлены две центральные стенки криволинейного очертания 25 и 26 и две боковые стенки криволинейного очертания 27 и 28, в которых боковые примыкающие кромки центральных стенок соединены друг с другом, а соответствующие боковые кромки боковых стенок 27 и 28 слегка отдалены по отношению к противолежащим боковым кромкам этих центральных стенок. Каждая стенка криволинейного очертания образована множеством тонких плоских металлических или неметаллических элементов 29, изготовленных из отражающего материала, имеющих прямоугольную форму, с достаточной точностью соединенных друг с другом вдоль своих относительных продольных кромок и взаимно изогнутых для образования кривизны соответствующей стенки криволинейного очертания. Такие металлические или неметаллические элементы 29 могут быть также выполнены криволинейной формы с такой же кривизной соответствующих стенок криволинейного очертания. Наконец, обращаясь теперь к Фиг.1-6, можно отметить, что дополнительная несущая конструкция 9 состоит из набора прямолинейных брусков и пары боковых полукруглых элементов 30 и 31, расположенных параллельно и отдаленных друг от друга в направлении криволинейных стенок 27, 28 и прикрепленных к разным стенкам криволинейного очертания, из которых в иллюстрированном примере образованы прямолинейные бруски с помощью пары продольных брусков 32 и 33, соединенных своими концами парой поперечных брусков 34 и 35 (см. Фиг.4), и все они закреплены на задней поверхности различных стенок криволинейного очертания 25-28, образуя тем самым опорную раму для указанных стенок криволинейного очертания. Такая дальнейшая несущая конструкция 9 дополнительно образуется добавочными прямолинейными брусками 10, поддерживающими стенки криволинейного очертания 25-28, в иллюстрированном примере образованными двумя дополнительными продольными брусками 36 и 37, также закрепленными на задней поверхности тех же стенок с криволинейным очертанием, в положении между предыдущими продольными брусками 32 и 33, указанными дополнительными брусками, соединяемыми у одной концевой части набора поперечных брусков 38, 39, 40, 41, 42 и 43, которые выступают за пределы передней поверхности тех же стенок с криволинейным очертанием 25-28, а другая концевая часть которой присоединена дополнительным поперечным бруском 44. Наконец, эта дальнейшая несущая конструкция 9 образуется парой металлических армирующих элементов 45 и 46, имеющих полуокружную форму, идентичных и отдаленных друг от друга в продольном направлении стенок с криволинейным очертанием 27-28 и расположенных по отношению к этим стенкам в поперечном положении (см. Фиг.6 и 7) или в центральном положении (см. Фиг.4), имеющих соответствующую внутреннюю полуокружную поверхность 47, которая закреплена на всем своем протяжении ко всем продольным брускам 32, 33 и 36, 37, и соответствующую внешнюю полуокружную поверхность 48, которая закреплена на всем своем протяжении на соответствующем полуокружном элементе 30 и 31, имеющем конфигурацию направляющих полуколец 49 и 50, соответствующие концевые части которых соединены друг с другом посредством пары прямолинейных брусков 51 и 52, которые, в свою очередь, соединены друг с другом в положение, промежуточное по отношению к этим полукольцам, с помощью пары стяжных тяг 53 и 54. Направляющие полукольца 49 и 50 имеют такую форму, чтобы поворачиваться по полуокружной траектории с установленным ходом вместе со стенками криволинейного очертания 25-28, воспринимающими солнечную энергию, в вертикальной плоскости, ортогональной по отношению к горизонтальной плоскости вращения направляющего кольца 10, когда те же полукольца приводятся в действие вторым пусковым механизмом 55, описание которого будет дано ниже. С этой целью направляющие полукольца 49 и 50 опираются с возможностью скольжения на ряд поддерживающих и скользящих опорных стоек 56, 57, 58 и 59, закрепленных на направляющем кольце 10 и сформированных первой парой вертикальных опорных стоек 56 и 57 и второй парой вертикальных опорных стоек 58 и 59, опирающихся на соответствующие горизонтальные плоские концевые части 60, 61 и 62, 63 соответствующих удлиненных поперечин 64 и 65, идентичных между собой, каждая из которых имеет горизонтальные плоские центральные части 66 и 67, которые опущены по отношению к своим плоским концевым частям, и в свою очередь эти плоские центральные части 66 и 67 установлены на направляющем кольце 10 в положениях внутри этого кольца таким образом, чтобы поперечины 64 и 65 располагались параллельно и на определенном расстоянии одна от другой и чтобы их плоские концевые части были все подняты по отношению к верхней плоской кромке 11 этого направляющего кольца. Некоторые зубчатые колеса с горизонтальной осью установлены на каждую из вертикальных опорных стоек 56-59, которые могут скользить с установленным ходом по своим внешним направляющим пазам 68 и 69 соответствующего направляющего полукольца, указанные колеса в иллюстрированном примере образуются первой и второй парами паразитных зубчатых колес 70 и 71, установленных на соответствующей опорной стойке, закрепленной на соответствующей плоской концевой части 61 и 63 удлиненных поперечин 64 и 65, а первая и вторая пара паразитных зубчатых колес 72 и 73 взаимодействуют, как это будет описано, с соответствующими ведущими колесами 74 и 75, и эти колеса установлены на соответствующей опорной стойке, закрепленной на соответствующих плоских концевых частях 60 и 62 удлиненных поперечин 64 и 65. Таким образом, когда направляющие полукольца 49 и 50 приводятся в движение их собственным пусковым механизмом 55 вместе со криволинейными стенками 25-28 солнечного концентратора 8, перемещение таких полуколец направляется с одной стороны парой паразитных зубчатых колес 70, 71, 72 и 73, которые могут передвигаться в соответствующих внешних направляющих пазах 68 и 69 этих полуколец, а с другой стороны обеспечивается ведущими колесами 74 и 75, как это будет описано. Со ссылкой к фиг.3, 4, 6, 7 и 19 дается описание первого пускового механизма 20, предназначенного для обеспечения вращения горизонтального кольца 10 в любом из его направлений вращения: А или В. Такой механизм в основном состоит из первого редукторного двигателя 76, закрепленного на горизонтальной фундаментной плите 17, в наружном положении, приближенного к этому кольцу и присоединенного к источнику электроэнергии, а также оснащенного ведущей шестерней с вертикальной осью вращения 77, приводом которой является тот же редукторный двигатель, приспособленной для вхождения в зацепление и частично повернутой по отношению к гибкому и частично растянутому приводному ремню 78, изготовленному из соответствующего материала, который входит во внешний направляющий паз 12 направляющего кольца 10 и прикреплен своими концевыми частями к этому направляющему пазу и имеет такую длину, которая обеспечивает вращение этого кольца в горизонтальной плоскости с установленным максимальным ходом. В частности, когда ведущее колесо 77 приводится в движение редукторным двигателем 76 с определенным установленным направлением вращения, зубчатый приводной ремень 78 смещается зубчатой ведущей шестерней в том же направлении до установленного положения останова, что будет описано ниже, в котором направляющее кольцо 10 смещается в горизонтальном направлении вместе с солнечным концентратором 8, в том положении, в котором этот концентратор ориентирован с определенным углом наклона для приема солнечного излучения.

При этих условиях, в течение дня редукторный двигатель 76 постоянно контролируется для обеспечения медленного вращения, как будет описано, в другом направлении вращения, при котором зубчатая ведущая шестерня 77 также приводится в движение в том же направлении с последующим нарастающим и медленным смещением приводного ремня 78, а следовательно, кольца 10 и солнечного концентратора 8 в этом направлении и постепенной ориентацией последнего в различные положения до достижения направляющим кольцом 10 другого установленного положения останова, при котором его вращение останавливается автоматически, что будет описано, а солнечный концентратор 8 смещается и ориентируется на другой угол наклона.

Очевидно, возможно также запустить механизм 20 с помощью элементов трансмиссии, иных, нежели те, что описаны только посредством примера, например обеспечением зацепления ведущего колеса 77 в виде зубчатой шестерни с соответствующим коронным зубчатым колесом, установленным снаружи направляющею кольца 10, либо цепных или других ведущих и передаточных механизмов, отличающихся или традиционного типа, без отхода, таким образом, от области зашиты настоящего изобретения.

Солнечная установка, о которой идет речь, установлена таким образом, что при ее пусковом положении, прежде чем приступить к работе, следует ориентировать солнечный концентратор 8 по направлению к солнцу с таким наклоном, чтобы получить максимум солнечного излучения уже с самого утра, и это при условии, что она налажена для работы в автоматическом режиме, как это будет описано, и в течение всего дня вращательное движение направляющего кольца 10 и солнечного концентратора 8 контролируется редукторным двигателем 76, чтобы эти компоненты смещались таким образом, чтобы солнечный концентратор был уже ориентирован к солнцу для получения максимально возможного солнечного излучения.

Такое вращательное движение направляющего кольца 10 и солнечного концентратора 8 останавливается автоматически в соответствующем положении останова с последующим остановом работы установки при условии, при котором солнечный концентратор ориентирован к солнцу таким образом, что он не получает достаточно солнечной энергии для обогрева и выработки электрической энергии для указанной солнечной установки. В этот момент пусковой механизм 20 управляется, что будет описано, на обеспечение вращательного движения, обратного предыдущему, смещая для этой цели направляющее кольцо 10 и концентратор 8 до предыдущего положения останова, где это движение останавливается автоматически, как будет описано ниже, для наладки солнечной установки на новый рабочий цикл для следующего дня.

Со ссылкой к фиг.3, 4, 6, 17, 18, 19 и 20 дается описание второго пускового механизма 55 для установки передвижения полуколец 49 и 50 для их скользящего перемещения между положениями С и D, противоположными друг другу, до соответствующего положения останова, такое скользящее передвижение контролируется независимо от вращательного движения направляющего кольца 10. Этот механизм в основном состоит из второго редукторного двигателя 79, присоединенного к источнику электроэнергии и прикрепленного к горизонтальной плоской пластине 80, поддерживаемой вертикальной опорной стойкой 56, закрепленной, как указано выше, в положении снаружи, приближенной к одному из направляющих полуколец - в иллюстрированном примере к полукольцу 50.

Такой редукторный двигатель 79 присоединен к описанной выше ведущей шестерне 74, к которой одной своей концевой частью прикреплен удлинительный прямолинейный вал 81, а другая концевая часть этого вала присоединена к другой указанной выше ведущей шестерне 75. Для того чтобы осуществить передачу движения между разными указанными выше паразитными и ведущими шестернями, имеются первый и второй зубчатые натянутые приводные ремни 82, изготовленные из жесткого материала, которые входят в свои внешние направляющие пазы 68 и 69 соответствующих полуколец 49 и 50 и закреплены своими концевыми частями в направляющей соответствующего полукольца (см. Фиг.20) и имеют такую длину, чтобы обеспечить вращение этих полуколец в вертикальной плоскости с установленным максимальным ходом, в котором каждый ремень частично намотан на паразитные колеса 72 и 73 и соответствующую промежуточную ведущую шестерню 74, 75.

Таким образом, в зависимости от направления вращения полуколец 49 и 50, инициированных зубчатыми ведущими шестернями 74 и 75, приведенными в действие редукторным двигателем 79, приводные ремни 82 смещаются в том же направлении, определяя тем самым движение в этом направлении вращения этих полуколец и, следовательно, также солнечного концентратора 8, прикрепленного к ним. Это перемещение осуществляется в одном из направлений вращения до установленного положения останова, определяемого, как будет описано, последующим непрерывным вращением в течение дня солнечного концентратора 8 в разные угловые положения и ориентации в вертикальной плоскости, ортогональной горизонтальной плоскости вращения направляющего полукольца 10, таким образом, чтобы этот концентратор всегда получал максимально возможное количество солнечного излучения.

Также, в этом случае, вращательное движение полуколец происходит медленно, при непрерывном контроле редукторного двигателя 79, и останавливается автоматически, как это будет описано, когда полукольца 49 и 50 достигнут своей соответствующей точки останова, а пуск и окончание вращательного движения этих полуколец управляется так же, как было описано ранее для вращательного движения направляющего кольца 10. Вращательное движение солнечного концентратора 8, вызываемого вращением горизонтального кольца 10 и полуколец 49 и 50, происходит независимо от друг от друга, как уже объяснялось ранее, и также синхронизируется путем контроля в течение дня обоих редукторных двигателей 76 и 79 согласно критерию, который будет описан ниже, с тем, чтобы всегда обеспечивать такой диапазон ориентации этого солнечного концентратора, который дает получить максимально возможный объем солнечного излучения. В этом случае, по-видимому, также можно применить пусковой механизм 55 с передаточными элементами, которые отличаются от описанных в данном примере, например, применением ведущих колес 74 и 75 в виде зубчатых шестерен, входящих в зацепление с соответствующими коронными шестернями, входящими в соответствующие внешние направляющие 68 и 69 указанных полуколец, или с помощью цепных или иных различных приводных и передаточных элементов и элементов традиционного типа, не отходя, таким образом, от области защиты настоящего изобретения.

На фиг.10-15 дается иллюстрация и описание того, как производится нагревание жидкостей и как настоящей солнечной установкой вырабатывается электрическая энергия. Нагревание жидкостей осуществляется посредством одного или более теплообменников, в то время как электрическая энергия вырабатывается с помощью одной или более фотоэлектрических панелей, и эти компоненты применяются и сочетаются друг с другом, как это будет описано ниже. В частности, на Фиг.11 и 12 показан теплообменник 83, который, в основном, состоит из металлической пластины 84 и циркуляционной трубки 85, находящейся в термоконтакте с этой пластиной и имеющей конфигурацию спирали, такая пластина закреплена отдельно или в сочетании с другими аналогичными пластинами с соответствующими трубками к несущей конструкции 9 настоящей солнечной установки таким образом, чтобы быть в фокусе этой установки и чтобы получать солнечное излучение, принимаемое солнечным концентратором 8 и отражаемое отражающим материалом этого концентратора, излучение, которое концентрируется в фокусе и, следовательно, на теплообменнике 83, благодаря чему достигается максимальный тепловой КПД.

В настоящем примере металлическая пластина 84 имеет прямоугольную форму, но она, безусловно, может иметь другую конфигурацию, не отходя, таким образом, от области защиты изобретения. В свою очередь, циркуляционная трубка 85 требуется для циркуляции и передачи жидкости, предназначенной для нагревания, и соответствующей тепловой жидкости-носителя традиционного типа, например гликоля, применяемого для улучшения теплообменной эффективности между полученным солнечным излучением и нагреваемой жидкостью.

Как видно, в частности, на Фиг.12, преимуществом является установка циркуляционной трубки 85 на металлической пластине 84 теплообменника 83, который для данной цели выполнен с поднятыми периферийными кромками 88 и опущенной центральной зоной 89, в которую вмонтирована спиральная трубка 85, и ее наружная поверхность находится заподлицо с этими кромками 88. На Фиг.10 и 12 показана фотоэлектрическая панель 90, которая в основном состоит из множества фотоэлектрических элементов 91 традиционного типа, которые в данном примере имеют форму прямоугольника и расположены с примыканием друг к другу и закреплены на опорной конструкции 92, образованной соответствующими щитками 93, выполненными из электроизоляционного материала, оснащенными набором электрических контактов и проводников 94, которые вступают в контакт с электрическими проводниками соответствующей панели и присоединены к соответствующим фотоэлектрическим элементам 91, соединяясь с ними разными способами, например последовательно или параллельно, в зависимости от электрического напряжения и уровня вырабатываемого тока.

Фотоэлектрические элементы 91 и щитки 93 в сборе накладываются затем на плоскую пластину 95, изготовленную из термоизоляционного материала (см. Фиг.13), размер которой несколько превышает размер соответствующего теплообменника 83, который затем закрепляется на металлической пластине 84 теплообменника, формируя тем самым единую опорную конструкцию 96 (см. Фиг.14 и 15), образованною перекрыванием на теплообменнике 83 изолирующей пластины 95, щитков 93 и фотоэлектрических элементов 91.

Таким образом, благодаря изолирующей пластине 95 фотоэлектрическая панель 90 отделена и не находится в термальном контакте по отношению к расположенному ниже теплообменнику 83, так что во время работы установки данная электрическая панель получает только солнечное излучение для выработки электрической энергии и не нагревается теплом, производимым теплообменником 83. Составленная таким образом опорная конструкция 96 затем как минимум покрывается сверху стеклянной плитой (не показана) и применяется в солнечной установке посредством закрепления ее в фокусе солнечного концентратора 8, и при таком расположении солнечная установка способна одновременно обеспечивать нагревание жидкостей для применения в разных целях и выработку электрической энергии с высокими энергетическими КПД; и такая комбинация функций (нагревание и выработка электроэнергии) была до настоящего времени невозможна с солнечными установками, существующими в настоящее время.

Солнечная установка согласно изобретению может быть реализована сборкой одной или более составленных таким образом опорных конструкций 96 в фокусе солнечного концентратора 8. На Фиг.16 только посредством примера показан ряд теплообменников 83, выполненных, как описано выше, соединенных последовательно друг с другом и опирающихся на единую металлическую пластину 84, простирающуюся на всю ширину солнечного концентратора 8 и закрепленную на несущей конструкции 9 этой установки. Теплообменники и фотоэлектрические панели настоящей установки могут быть применены в различных количествах: для получения нагревания жидкости с разными температурами и выработки электроэнергии с разными значениями напряжения и тока при условии, что взаимное расположение этих компонентов будет всегда одинаковым, как описано ранее, не отходя, таким образом, от «области защиты» настоящего изобретения.

Обратимся теперь к Фиг.26, на которой показаны некоторые датчики управления, применяемые в настоящей солнечной установке для управления пусковыми редукторными двигателями 76 и 79, определяющими вращение солнечного концентратора 8 вокруг направляющего кольца 10 в горизонтальной плоскости и вместе с полукольцами 49 и 50 в вертикальной плоскости, ортогональной данной горизонтальной плоскости; можно видеть, что датчики управления состоят, по крайней мере, из первой и второй пары фотоэлектрических датчиков 97, 98 и 99, 100, расположенных приближенными один к другому, выровненных относительно друг друга и опирающихся на пластину 101, изготовленную из электроизоляционного материала, прикрепленного к несущей конструкции 9 солнечной установки в таком положении, в котором они всегда повернуты к солнцу, начиная с раннего утра и почти целый день, таким образом, что эти датчики всегда попадают под солнечное излучение в этот период времени. В частности, фотоэлектрические датчики каждой пары датчиков выровнены относительно друг друга в продольном или поперечном направлении своего взаимного расположения на пластине 101, а датчики первой и второй пары фотоэлектрических датчиков 97, 98 и 99, 100 используются для контроля, как это будет описано, относительно первого редукторного двигателя 76 и второго редукторного двигателя 79 так, чтобы определять перемещения солнечного редуктора 8 в соответствующих направлениях вращения, и с этой целью они присоединены посредством электрических проводников к управляющему устройству для работы настоящей солнечной установки, которое выполнено в виде микропроцессора (не показан), установленного на солнечной установке и запитываемого от источника электропитания. В свою очередь также редукторные двигатели 76 и 79 присоединены с помощью проводников и соответствующих интерфейсов к управляющему микропроцессору для того, чтобы быть запущенными им в определенные моменты дня и с определенной очередностью с последующим пуском солнечного концентратора 8 для выполнения его соответствующих перемещений.

Этот управляющий микропроцессор установлен таким образом, чтобы обнаруживать в течение всего дня электрические сигналы, генерируемые фотоэлектрическими датчиками, которые попадают под солнечное излучение, данные сигналы пропорциональны уровням освещения, воспринимаемого фотоэлектрическими датчиками, путем сравнения выявленных значений электрических сигналов, генерированных датчиком, с сигналами, обнаруженными другим датчиком каждой пары, управлять запуском редукторного двигателя, соединенного с этой парой датчиков, когда значения электрических сигналов, генерируемые датчиком, отличаются от значений электрических сигналов, генерированных другим датчиком, и останавливать запуск каждого редукторного двигателя, когда такие значения электрических сигналов обоих датчиков равны друг другу.

При такой установке микропроцессора датчики каждой пары фотоэлектрических датчиков освещаются начиная с раннего утра с такими уровнями освещенности, которые могут быть идентичными или различаться по отношению друг к другу, в зависимости от ориентации солнечного концентратора, в то время как датчики другой пары фотоэлектрических датчиков, которые смещены относительно предыдущих датчиков, освещены с уровнями освещенности, которые отличаются от ровней предыдущих датчиков, и при таком положении, например, предполагается, что датчики передней пары фотоэлектрических датчиков освещаются с таким же уровнем освещенности, и этот факт означает, что в этот час дня оба эти датчика ориентированы к солнцу правильно и, следовательно, солнечный концентратор 8 тоже ориентирован правильно и поэтому может получать максимальное солнечное излучение и обеспечивает самый высокий тепловой КПД. Далее, при условии что уровни электрических сигналов, генерируемых обоими датчиками и обнаруживаемых микропроцессором, равны между собой, то редукторный двигатель, соединенный с такими датчиками, получает от этого микропроцессора сигнал к останову. И наоборот, если в тот же час дня датчики этой передней пары датчиков освещаются с разными уровнями освещенности, при положении, когда оба эти датчика неправильно ориентированы к солнцу и, следовательно, солнечный концентратор 8 также ориентирован неправильно и в результате этого его тепловой КПД ниже ожидаемого, уровни электрических сигналов, генерируемые обоими датчиками и обнаруживаемые микропроцессором, различаются между собой и, следовательно, редукторный двигатель, соединенный с этими датчиками, управляется тем же микропроцессором для пуска в таком направлении вращения, чтобы сместить датчики и солнечный концентратор 8 в их правильное положение ориентации, при котором солнечный концентратор 8 все еще получает максимальное солнечное излучение и обеспечивает самый высокий тепловой КПД; согласно такому же критерию работает и задняя пара фотоэлектрических датчиков, активизируя тем самым микропроцессор на управление редукторным двигателем, соединенным с этими датчиками, чтобы переместить солнечный концентратор в положение, в котором он и датчики всегда ориентированы к солнцу правильно и, следовательно, солнечный концентратор получает максимум солнечного излучения и обеспечивает самый высокий тепловой КПД. Солнечный концентратор 8 запускается так постоянно соответствующими редукторными двигателями, которые управляются микропроцессорами, как описано выше, для его медленного смещения путем двух движений, которые независимы один от другого и синхронизированы друг с другом, чтобы концентратор всегда был правильно ориентирован для выполнения указанных функций.

Когда солнечный концентратор 8 смещен и ориентирован вместе с фотоэлектрическими датчиками 97-100 в положение максимального хода в конце дня, эти датчики освещаются с уровнями освещенности, которые ниже заранее установленного минимального порога, установленного в микропроцессоре, и затем при этом положении микропроцессор обнаруживает, что такой минимальный порог не достигнут уровнем освещенности датчиков, он сначала дает команду редукторным двигателям переместить солнечный концентратор 8 в его начальное положение, а после этого останавливает эти редукторные двигатели, а следовательно, и движения солнечного концентратора 8, устанавливая таким образом установку на последующий рабочий цикл следующего дня.

Обращаемся, наконец, к фиг.21-25, на которых схематически показана настоящая солнечная установка с солнечным концентратором 8, ориентированным в разные положения в течение дня, с перемещениями, контролируемыми, как указано выше, начиная с его начальной ориентации ранним утром, показанной на Фиг.21, до конечной ориентации этого концентратора вечером, показанной на фиг.25.

Claims (4)

1. Аппарат, использующий солнечную энергию для подогрева и выработки электроэнергии, приспособленный для подогрева жидкостей для различного применения и выработки электроэнергии с высоким энергетическим КПД, включающий в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, способный к изменяемой ориентации относительно солнца в течение дня, характеризующийся базовой несущей конструкцией (7), установленной на земле, и дополнительной несущей конструкцией (9), поддерживаемой указанной базовой несущей конструкцией (7) и прикрепленной к указанному солнечному концентратору (8) и обеспечивающей возможность указанному солнечному концентратору (8) поворачиваться на заранее установленный максимальный угол вращения, выполняя первое возвратно-поступательное вращательное движение по кругу в горизонтальной плоскости вдоль указанной несущей конструкции (7) и второе возвратно-поступательное движение по криволинейной траектории в вертикальной плоскости ортогонально к указанной горизонтальной плоскости, указанный солнечный концентратор (8) может запускаться для выполнения указанного первого движения и указанного второго движения в течение целого дня с помощью первого и второго пусковых средств (20, 55) соответственно, которые приводятся в действие средствами привода, подсоединенными к указанным первому и второму пусковым средствам (20, 55) согласно соответствующим ориентациям указанного солнечного концентратора (8) согласно обнаружению первым и вторым сенсорными средствами (97, 98, 99, 100) соответственно, присоединенными к указанным средствам привода так, чтобы поддерживать указанный солнечный концентратор постоянно ориентированным к солнцу должным образом в течение дня с целью обеспечения максимально возможного количества солнечного излучения, которое должно быть получено при каждой установленной ориентации, солнечная установка далее характеризуется теплообменными средствами (83) и средствами выработки электроэнергии (90), опирающимися на указанную дополнительную несущую конструкцию (9) и предпочтительно расположенную в фокусе указанного солнечного концентратора (8), которые обеспечивают возможность воспринимать солнечное излучение, получаемое последним и сконцентрированное в нем, и вызывать нагревание жидкости, циркулирующей в указанных средствах теплообмена, (83) и выработку электроэнергии, соответственно, в размерах, соответствующих количеству полученного солнечного излучения, указанные средства выработки электроэнергии включают, по меньшей мере, фотоэлектрические панели (90), состоящие из множества фотоэлектрических элементов (91), которые расположены с примыканием друг к другу и закреплены на опорной конструкции (92), сформированной из соответствующих щитков (93), выполненных из электроизоляционного материала, оснащенных связанными с ними электрическими контактами и токопроводящими дорожками (94), указанная базовая несущая конструкция (7) состоит, по меньшей мере, из горизонтального металлического направляющего кольца (10) заранее установленного диаметра, имеющего такую конфигурацию, которая обеспечивает наличие плоской верхней кромки (11) и наружный направляющий паз (12), проходящий вдоль него и оснащенный комплектом расположенных ниже металлических кронштейнов (13), идентичных один другому, и расположенных с равными интервалами по всей окружности указанного кольца, каждый такой кронштейн изогнут так, чтобы образовать нижнее опорное основание (14), вертикальную стойку (15) и верхнюю головку (16), в которой указанное опорное основание (14) прикреплено с помощью болтов или подобных крепежных средств к горизонтальной фундаментной плите (17) из материала соответствующей жесткости и прочности, такого как бетон, металл и т.п., которая надежно закреплена на земле, и указанная верхняя головка (16) оснащена средствами скольжения (18, 19), такими как паразитные колеса или подобные средства, взаимодействующие с указанным направляющим кольцом (10) и способные скользить относительно него так, чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение этому направляющему кольцу, указанная дополнительная несущая конструкция (9) состоит из набора прямолинейных брусков (32, 33; 36, 37), простирающихся в продольном направлении, и прямолинейных брусков (34, 35; 38, 39, 40, 41, 42, 43; 44), простирающихся в поперечном направлении, а также пары полукруглых элементов (30, 31), которые присоединены к указанным брускам и к указанному солнечному концентратору (8), отличающийся тем, что полукруглые элементы (30, 31) имеют конфигурацию направляющих полуколец (49, 50), соответствующие концевые части которых присоединены друг к другу посредством пары прямолинейных брусков (51, 52) и пары промежуточных стяжных тяг (53, 54), указанная дополнительная несущая конструкция (9) дополнительно включает в себя пару металлических армирующих элементов (45, 46), имеющих форму полуокружности, которые закреплены на указанных продольных брусках (32, 33; 36, 37) и к указанным полукольцам (49, 50), которые в свою очередь опираются с возможностью скольжения на ряд установленных ниже скользящих и поддерживающих кронштейнов, которые опираются на соответствующие горизонтальные концевые части (60, 61; 62, 63) и прикреплены к этим концевым частям, одной из двух продолговатых поперечин (64, 65), одинаковых и закрепленных на указанном направляющем кольце (10) так, что указанные поперечины (64, 65) расположены параллельно одна другой и отдалены друг от друга, указанная первая и указанная вторая пара кронштейнов (56, 57, 58, 59) оснащены средствами скольжения (70, 71, 72, 73) и средствами механического привода (74, 75), которые могут приводиться в действие указанными пусковыми средствами (55), указанные первые и указанные вторые сенсорные средства составлены, по меньшей мере, из первой и второй пары фотоэлектрических датчиков (97, 98; 99, 100) соответственно, которые размещены близко один к другому и соосно друг другу и опираются на указанную дополнительную несущую конструкцию (9) в таком положении, чтобы быть постоянно обращенными к солнцу, начиная с раннего утра и практически в течение всего дня, так чтобы указанные датчики постоянно подвергались солнечному излучению на протяжении указанного периода времени, датчики указанной первой и указанной второй пары датчиков (97, 98; 99, 100) размещены во взаимно выровненном положении в продольном или поперечном направлении их размещения на указанной дополнительной несущей конструкции (9) и подготовлены для распознавания освещенности солнечного излучения и запускания посредством указанных пусковых средств (20, 55) так, чтобы вызвать указанное первое движение и указанное второе движение указанного солнечного концентратора (8) либо для продолжения, либо для остановки, и в результате указанный солнечный концентратор (8) должен быть надлежащим образом ориентирован в соответствующем положении, когда оба датчика указанной первой и указанной второй пар датчиков (97, 98; 99, 100) освещены при разных уровнях освещенности и при одинаковых уровнях освещенности соответственно.

2. Аппарат согласно п.1, отличающийся тем, что второе пусковое средство (55) состоит из двигателя-редуктора (79) или подобного ему, прикрепленному к кронштейну указанной первой пары кронштейнов (56, 57) и соединенному с линией электропитания и к указанным средствам привода через соответствующие интерфейсы и состоящего из механизма, передающего движение (74, 75, 82), который также включает в себя указанные средства механического привода (74, 75), взаимодействует с указанными направляющими полукольцами (49, 50) в том или ином направлении вращения в вертикальной плоскости, которая ортогональна к указанном горизонтальной плоскости через заранее установленный тракт максимально допустимой длины, результатом чего является вращение указанных полуколец совместно с указанным солнечным концентратором (8) при различающихся, т.е. меняющихся углах ориентации на протяжении дня.

3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что пусковые средства составлены, по меньшей мере, из микропроцессора, запитываемого посредством линии электропитания аппарата, и расположены так, чтобы обеспечить возможность распознавать на протяжении всего дня электрические сигналы, генерируемые указанными фотоэлектрическими датчиками (97, 98; 99, 100), попадающими под солнечное излучение, а указанный микропроцессор расположен так, что во время распознавания, при всеохватывающем положении указанного солнечного концентратора (8) по максимально допустимому тракту его перемещения в конце дня, указанные фотоэлектрические датчики (97, 98; 99, 100) освещаются при уровнях или интенсивностей освещения ниже данного минимального порога, который был должным образом заранее установлен в указанном микропроцессоре, он инициирует срабатывание пусковых средств (20, 55) на то, чтобы сместить указанный солнечный концентратор (8) назад в его первоначальное положение посредством последовательности перемещений, которые являются полностью противоположными по отношению к предыдущим и, в конечном итоге, вызывают срабатывание пусковых средств (20, 55) и, как следствие, остановку солнечного концентратора (8), тем самым приводя всю солнечную установку в состояние, в котором она готова начать новый рабочий цикл, выполняемый на следующий день.

4. Аппарат согласно п.2, отличающийся тем, что сборка, составленная из указанных фотоэлектрических элементов (91) и указанного щитка (93), нанесена, по меньшей мере, на плоскую пластину (95) из теплоизоляционного материала, размеры которой несколько больше, чем размеры соответствующего теплообменника (83), и закреплена на теплообменнике с образованием единой опорной конструкции (96), которая затем покрыта, по меньшей мере, стеклом, так что указанная фотоэлектрическая панель (90) выполнена отдельно и не в тепловом контакте с теплообменником (83), расположенным ниже, и в результате солнечная установка способна одновременно выполнять свою двойную функцию нагревания жидкостей для различных целей и выработки электроэнергии при высоком уровне энергетического КПД.

Images