РАЗБОРНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ

РАЗБОРНЫЙ КОНЦЕНТРАТОР СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ
Полезная модель относится к технике использования солнечной энергии (гелиотехнике) и может быть применена в ряде легкосборных или портативных устройств для использования населением, в частности, в походных (полевых) условиях, а именно: солнечных кухнях, малоинерционных водонафевателях, опреснителях и т.п.
Известны устройства для концентрации солнечной энергии, состоящие из нескольких зеркальных элементов (фацет), которые собираются на каркасах с механизмами наведения на солнце и теплоприемниками, помещаемыми в фокусе концентратора.
Однако, известные устройства солнечных концентраторов весьма металлоемки, дороги и трудны в сборке вследствие больших размеров каркасов и необходимости индивидуальной юстировки всех фацет концентратора. В лучших образцах солнечных концентраторов удельные значения массы и стоимости на 1 кв.м поперечного сечения концентратора составляют десятки колограммов и сотни долларов США соответственно (В.В.Алексеев. Следуя логике живого. - Природа, 1990, № 11, с. 33-42).
Известен разборный фацетный концентратор солнечной энергии содержащий раму со съемными круглыми металлическими или стеклянными фацетами, закрепляемыми в дугообразных элементах рамы, в которых выполнены канавки под буртики фацет (А.с. СССР 517754 , опубл. 15.06.76, БИ № 22). Это решение, приняиое в качестве прототипа, несколько упрощает сборку-разборку фацет концентратора, но рама и устройство в целом остаются металлоемкими и дорогими.
Известны также решения по применению металлизированной (зеркальной) полимерной пленки в солнечных концентраторах (например, А.с. СССР 1335784, опубл. 07.09.87, БИ № 33). Наибольшее распространение сегодня получили круглые фацеты для параболических концентраторов, выполняемые в виде напряженных мембран из тонколистовой стали и металлизированной (зеркальной) полимерной пленки. Это решение позволяет получать наилучшие на сегодня показатели удельной массы и стоимости концентраторов (упомянутые выше), но не решают проблемы высокой трудоемкости индивидуальной установки и юстировки комплекга фацет на концентратор.
Известны также варианты концентраторов солнечной энергии, выполняемые в форме усеченного конуса (Заявки ФРГ № 3415112, опубл. 31.10.85 и № 3637743, опубл. 19.05.88). Эти решения позволяют упростить производство концентраторов за счет снижения требований к его точности, однако в известных конструктивнь х исполнениях не обеспечивается использование напряженных стальных или пленочных оболочек, а поддержание требуемой формы зеркальных элементов осуществляется дополнительными несущими конструкциями, вледствие чего сохраняется высокая материалоемкость, габариты несущих конструкций концентратора затрудняют его использование в нестационарных (полевых или походных) условиях, сборку и транспортировку.
МПК: 6f24J 3/02
Заявляемая полезная модель решает задачи уменьшения материалоемкости устройства, упрощения его сборки-разборки и повышение удобства использования в полевых и походных условиях, упрощения производства солнечных концентраторов.
При осуществлении заявляемой полезной модели удельная материалоемкость солнечного концентратора может быть снижена в 2-3 раза по сравнению с лучшими известными аналогами, обеспечена простая и удобная сборка устройства из отдельных элементов, в 3-4 раза снижены расходы при производстве концентратора.
Заявляемая полезная модель предлагает новое конструктивное выполнение рамы и зеркальных элементов (фацет) концентратора солнечной энергии, отличающееся от известных аналогов и прототипа наличием следующих признаков:
-выполнением рамы в форме разборного каркаса, состоящего из двух обручей разного диаметра, соединенных не менее чем тремя зеркальными элементами в форме кольцевых секторов;
-наличием набора радиальных растяжек и осевого (несущего) элемента каркаса;
-соединением обручей, зеркальных элементов, набора радиальных растяжек и осевого элемента каркаса с механическим напряжением.
Полезный эффект по отдельным задачам, решаемым с помощью заявляемой полезной модели усиливают следующие отличительные признаки:
-выполнение зеркальных элементов из металлизированной полимерной пленки (позволяет получать минимальный вес концентратора);
-выполнение обручей каркаса разъемными, состоящими из нескольких дуг, выполняемых из алюминиевого профиля (позволяет обеспечить максимальное удобство транспортировки);
-наличием дополнительного набора растяжек, соединяющих обручи каркаса друг с другом (позволяет повысить жесткость каркаса);
-выполнением растяжек каркаса в виде проволочных спиц (позволяет применить простую технологию изготовления);
-выполнением осевого элемента каркаса в виде цилиндрического стержня (обеспечивает удобство работы с поверхностными приемниками излучения);
-выполнением осевого элемента каркаса в виде полого цилиндра (обеспечивает удобство работы с объемными приемниками излучения);
-выполнением осевого элемента каркаса в виде стержневого барабана (обеспечивает удобство работы со сменными приемниками излучения).
На фиг. 1 показан собранный концентратор солнечной энергии в аксонометрической проекции. На фиг. 2 показана развертка зеркального элемента. На фиг. 3 показан пример выполнения разборного обруча каркаса из шести элементов в виде дуг. На фиг. 4 показан пример выполнения растяжек между обручами каркаса.
Разборный концентратор солнечной энергии (фиг. 1) состоит из двух обручей разного диаметра - большого 1 и малого 2, соединенных не менее чем тремя зеркальными элементами 3 в форме кольцевых секторов (форма элемента показана на фиг. 2).
Каждый из обручей 1 и 2 соединен наборами радиальных растяжек 4 и 5 с противоположными концами осевого (несущего) элемента каркаса 6. Натяжение радиальных растяжек 4 и 5 обеспечивает общее напряжение каркаса, геометрическую форму и жесткость конструкции. Установка менее чем трех зеркальных элементов не обеспечивает получение требуемой геометрической формы, т.к. напряженное состояние оболочки зеркального элемента становится неустойчивым (неупругим) из-за появления статически неопределимых напряжений.
Вследствие напряженной конструкции концентратора зеркальные элементы 3 могут быть выполнены из гибкого листового материала, например из металлизированной (зеркальной) полимерной пленки, например, из ПЭТФ-А (пленка полиэтилентерефталатная, алюминированная).
Обручи каркаса 1 и 2 могут быть выполнены разъемными, состоящими из нескольких дуг 7 (см. фиг. 3), изготавливаемых из облегченного профиля алюминиевых сплавов, например: тонкостенных труб 8, тонкостенного многогранника 9 или уголка 10.
Соединение дуг может выполняться любыми доступными техническими средствами, например, соединительными втулками, вкладышами, штифтами и т.п. Обручи каркаса 1 и 2 могут быть соединены друг с другом также растяжками 11 (см. фиг. 4), которые позволяют производить установку или замену любого зеркального элемента 3 без разборки каркаса в целом. Наиболее простая конструкция растяжек 4, 5 и 11 получается при выполнении их в виде проволочных спиц или струн.
Форма выполнения осевого элемента каркаса 6 может быть различной, в зависимости от типа приемника концентрированного солнечного излучения: -- в виде стержня - при применении поверхностных приемников (например,
фотоэлектрических элементов);
- в виде полого цилиндра или патрубка - для объемных приемников (например, нагревателей воды).
При выполнении осевого элемента каркаса 6 в виде стержневого барабана (как показано на фиг. 1) обеспечивается возможность поочередного использования различных типов приемников (сменность).
Устройство работает следующим образом, осевой элемент каркаса 6 направляется своей осью на солнце. Зеркальные элементы концентратора 3 отражают солнечные лучи и собирают их на оптической оси, совпадающей с геометрической осью элемента каркаса 6.
Механическое напряжение (натяжение) каркаса обеспечивает получение жесткой геометрической формы и достаточной степени ее точности при небольшой материалоемкости конструкции. Натяжение радиальных растяжек 4 и 5 каркаса обеспечивается любым из известных в технике способов, например, винтовой парой или талрепом (устанавливаемых на растяжках 4 или 5 или на осевом элементе каркаса 6).
Сборка концентратора выполняется последовательным соединением осевого элемента каркаса 6, растяжек 4 и 5, обручей 1 и 2, и зеркальных элементов 3. Затем выполняется механическое напряжение (натяжение) растяжек 4 и 5, концентратор приобретает заданную геометрическую форму и жесткость без трудоемкой юстировки. Разборка концентратора производится в обратном порядке - снимается натяжение и элементы разъединяются. Удобство транспортировки концентратора в сложенном состоянии легко обеспечивается выбором кратности разбиения его элементов при техническом проектировании.
Достигаемое по заявляемой полезной модели упрощение конструкции и технологии производства концентратора солнечной энергии позволяет ввести его в хозяйственный оборот без использования дорогостоящего прессового оборудования, конвейерной сборки и роботизированных комплексов, не окупаемых на малых сериях и организовать эффективное производство малых и средних серий (от 1 до 10 тыс. изделий в год).
Все элементы конструкций по заявляемому решению изготавливаются из сортамента материалов, массово выпускаемого отечественной и зарубежной промышленностью, и широко используемого при производстве широкой номенклатуры товаров народного потребления, например: - облегченные профили алюминиевых сплавов - спортивный инвентарь,
каркасы палаток, строительные и мебельные конструкции и т.п.; -- пленка ПЭТФ-А -- упаковочные материалы, елочные игрушки и т.п. .
..