ФОКУСИРУЮЩИЙ СОЛНЕЧНЫЙ АГРЕГАТ
FOCUSING SOLAR SET

Изобретение относится к области гелиотехники и может быть использовано, в частности, для обеспечения энергией домостроений жилых и производственных зданий, а также и в других областях.
Известен фокусирующий солнечный агрегат, 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 г.).
Недостатками такой установки являются сложность конструкции и отсутствие преобразования тепла в энергию.
Известен также фокусирующий солнечный агрегат, содержащий параболоцилиндрический концентратор, трубчатый приемник излучения, параллельный поверхностный концентратор, расположенный в его фокусе, контур прокачки рабочего тела, включающий энергоузел, содержащий турбину, механически соединенную с электрогенератором (см. патент RU №2298738, кл. F24J 2/14, 2007 г.).
Недостатком этой установки является сложность конструкции (замкнутость контура и постоянство объема рабочего тела (теплоносителя) приводит к необходимости постоянных его переводов из одного физического состояния в другое либо необходимости использования в составе конструкции средств охлаждения теплоносителя, а также расходованию энергии для выполнения этого).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является упрощение конструкции и снижение эксплуатационных расходов на поддержание ее работы.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в упрощении конструкции и снижении материалоемкости. Кроме того, обеспечивается высокая надежность, долговечность конструкции, а также возможность наращивания мощности путем применения модульных решений.
Поставленная задача решается тем, что фокусирующий солнечный агрегат, содержащий параболоцилиндрический концентратор, трубчатый приемник излучения, параллельный поверхности концентратора, расположенный в фокусе концентратора, контур прокачки рабочего тела, включающий энергоузел, содержащий турбину кинематически соединенную с электрогенератором, отличается тем, что приемник излучения размещен в полости трубчатого кожуха, часть поверхности которого, обращенная к солнцу, выполнена непрозрачной и светопоглощающей, а часть поверхности, обращенная к концентратору, выполнена прозрачной, при этом поверхность непрозрачного участка трубчатого кожуха, обращенная к трубчатому приемнику излучения, снабжена зеркальным отражающим покрытием, при этом в качестве рабочего тела использован воздух атмосферы, причем контур прокачки рабочего тела выполнен разомкнутым, для чего турбина механически связана с компрессором, вход которого открыт в атмосферу, а выход связан с входом трубчатого приемника излучения, при этом выхлоп турбины открыт в атмосферу.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак «…приемник излучения размещен в полости трубчатого кожуха…» используется для создания парникового эффекта, а также обеспечения возможности формирования промежутка, в котором излучение, сфокусированное концентратором, будет многократно возвращаться (вводиться) во взаимодействие с приемником излучения, тем самым обеспечивается повышение КПД установки.
Признаки, указывающие, что часть поверхности трубчатого кожуха, «…обращенная к солнцу, выполнена непрозрачной и светопоглощающей, а часть поверхности, обращенная к концентратору, выполнена прозрачной, при этом поверхность непрозрачного участка трубчатого кожуха, обращенная к трубчатому приемнику излучения, снабжена зеркальным отражающим покрытием…», обеспечивают возможность многократного отражения излучения, сфокусированного концентратором, в промежутке между поверхностью концентратора и зеркальным отражающим покрытием трубчатого кожуха и многократного теплопередающего воздействия на трубчатый приемник излучения. При этом прямой поток излучения, воздействующий на непрозрачный и светопоглощающий участок поверхности трубчатого кожуха, способствует его подогреву и дополнительно усиливает проявление парникового эффекта.
Использование «в качестве рабочего тела воздуха атмосферы» в совокупности с признаком «контур прокачки рабочего тела выполнен разомкнутым» направлено на удешевление стоимости теплоносителя и упрощение конструкции установки, поскольку позволяет отказаться от средств охлаждения.
Признаки «…турбина механически связана с компрессором, вход которого открыт в атмосферу, а выход связан с входом трубчатого приемника излучения, при этом выхлоп турбины открыт в атмосферу…» обеспечивают реализацию вышеупомянутых признаков.
На фиг.1 схематически показан фокусирующий солнечный агрегат, на фиг.2 показан разрез А-А.
Фокусирующий солнечный агрегат (см. фиг.1) содержит параболоцилиндрический концентратор 1, выполненный в поперечном сечении в виде параболы, и приемник излучения 2, средняя часть которого параллельна поверхности концентратора 1 и расположена в его фокусе на определенном расстоянии от поверхности концентратора 1.
Приемник излучения 2 выполнен в виде трубы предпочтительно со светопоглащающим покрытием и размещен в полости трубчатого кожуха 3 для обеспечения возможности формирования промежутка, в котором излучение, сфокусированное концентратором 1, будет многократно возвращаться (вводиться) во взаимодействие с приемником излучения 2. Часть поверхности трубчатого кожуха 3, обращенная к солнцу, выполнена непрозрачной и светопоглощающей, а часть поверхности, обращенная к концентратору 1, выполнена прозрачной, при этом поверхность непрозрачного участка трубчатого кожуха 3, обращенная к трубчатому приемнику излучения 2, снабжена зеркальным отражающим покрытием 4, что обеспечивает возможность многократного отражения излучения, сфокусированного концентратором 1, в промежутке между поверхностью концентратора 1 и зеркальным отражающим покрытием 4 трубчатого кожуха 3 и многократного теплопередающего воздействия на трубчатый приемник излучения 2. При этом прямой поток излучения, воздействующий на непрозрачный и светопоглощающий участок поверхности трубчатого кожуха 3, способствует его подогреву и дополнительно усиливает проявление парникового эффекта. В фокусирующий солнечный агрегат входит также энергоузел 5, выполненный в виде турбины 6, механически связанной с электрогенератором 7 и компрессором 8. Отводящая часть 9 приемника излучения 2 соединена с турбиной 6, а подводящая часть 10 приемника излучения 2 - с компрессором 8. Контур, по которому совершает работу рабочее тело, является разомкнутым, а рабочим телом - газ (воздух атмосферы).
Фокусирующий солнечный агрегат работает следующим образом. Начало работы установки происходит автоматически при нагреве газа в приемнике излучения 2 за счет конвекции. Концентратор 1 сориентирован на солнце таким образом, чтобы было обеспечено конвективное движение газа предпочтительно под углом к поверхности, на которой он устанавливается. По трубчатому приемнику излучения 2 в направлении от подводящей части 10 к отводящей части 9 движется газ, нагнетаемый компрессором 8, нагреваясь по мере движения излучением, сфокусированным концентратором 1. Из отводящей части 9 трубчатого приемника излучения 2 нагретый воздух подается в энергоузел 5 на турбину 6, где энергия нагретого воздуха преобразуется в механическую энергию. Часть механической энергии используется электрогенератором 7 для преобразования в электрическую энергию, а часть - компрессором 8 для нагнетания газа в подводящую часть 10 трубчатого приемника излучения 2.