Солнечный нагреватель
Полезная модель относится к преобразователям энергии Солнца в тепло и может быть использована для промышленных и бытовых нужд. Солнечный нагреватель содержит корпус (1) с панелями (2) оптических концентраторов солнечной энергии в виде одной или нескольких оптических собирающих линз (10) с возможностью поворота корпуса (1) по азимуту и углу места, теплоприемные площадки (6) и систему грубого и точного слежения за положением Солнца с исполнительным механизмом в виде серводвигателей (7, 8). Слежение за положением Солнца может осуществляться автоматически в течении светлого времени дня в пределах 180° по азимуту и 90° по углу места с возвратом в исходное положение после захода Солнца. Концентрация потока солнечной энергии на теплоприемные площадки (6) от нескольких линз может достигаться свыше 150 раз с помощью зеркал (11).
Полезная модель относится к преобразователям солнечной энергии в тепло и может быть использована для промышленных и бытовых нужд.
Известно устройство, содержащее корпус, установленный наклонно с возможностью слежения в азимутальной и зенитальной плоскостях с помощью серводвигателей, управляемых сигналами с датчиков изменения освещенности, панель с системой объективов из оптических линз, каждая из которых содержит две собирающих и одну рассеивающую линзу, фокусирующих поток солнечной энергии на светоприемные элементы, выполненные с радиаторами, расположенными в рабочей среде (см. патент RU2013714 С1, опубликованный 1994.05.30), прототип.
Недостаток прототипа, является грубая система слежения за положением солнца, связанная с возможностью прекращения слежения, когда Солнце на относительно длительный период закрыто облачностью, малый угол слежения по вертикали, большая инерционность нагрева за счет теплообменных радиаторов, сложность конструкции многолинзовых концентраторов солнечного потока и их высокая стоимость.
Технический результат заключается в повышении точности и непрерывности слежения за положением Солнца, увеличение угла слежения по вертикали, повышение чувствительности преобразователя энергии Солнца, уменьшении инерционности передачи тепла рабочему телу, упрощении оптической системы и уменьшении ее стоимости.
Технический результат достигается тем, что солнечный нагреватель содержит корпус с панелями оптических концентраторов солнечной энергии, установленный на поворотной по азимуту платформе с возможностью его поворота в вертикальной плоскости, теплоприемник с теплоприемными площадками, систему слежения за положением Солнца с серводвигателями. Особенностью является то, что панели оптических концентраторов солнечной энергии содержат, как минимум, одну или несколько одинаковых групп оптических собирающих линз, каждая из которых содержит, как минимум, две или более таких линз, расположенных в ряд на различных уровнях в параллельных плоскостях с возможностью объединения их фокусов в одной точке или на рядом расположенных теплоприемных площадках с их минимальными размерами. Установка фокусов нескольких оптических собирающих линз, расположенных на разных уровнях, на рядом расположенные теплоприемные площадки достигается с помощью зеркал, установленных с возможностью поворота фокальных осей этих линз. При наличии открытого Солнца лучи каждой группы оптических собирающих линз направлены на перпендикулярно расположенные фокальным осям каждой такой линзы теплоприемные площадки, расположенные по окружности отрезка трубы с рабочей средой, протяженность которого соразмерна с диаметрами лучей, сфокусированных на этих площадках. Нагреватель имеет два канала слежения за положением Солнца: канал грубого слежения, содержащий микропроцессорный блок автоматического регулирования, способный программно управлять серводвигателями, имеющими возможность осуществлять дискретный поворот платформы в пределах 180° по азимуту и дискретный поворот корпуса в пределах 90° по углу места в зависимости от времени суток и установленного интервала дискретизации по времени и подключать их к каналу точного слежения, содержащего оптико-электронный датчик положения Солнца, который через блок автоматического регулирования способен осуществлять точное слежение за положением открытого Солнца в пределах угла обзора оптико-электронного датчика положения Солнца, равного углу дискретного поворота корпуса с панелями оптических концентраторов солнечной энергии каналом грубого слежения за Солнцем.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых изображено: на фиг.1 - конструкция солнечного нагревателя в общем виде с сечениями; на фиг.2 - вид солнечного нагревателя сверху; на фиг.3-вид солнечного нагревателя сбоку в разрезе; на фиг.4 - оптическая схема одной из групп оптических концентраторов.
Солнечный нагреватель (фиг.1) содержит корпус 1 с панелями 2 оптических концентраторов солнечной энергии, установленный на поворотной по азимуту платформе 3, с возможностью его поворота в вертикальной плоскости, теплоприемник в виде трубы 4 с рабочей средой 5 (например с водой) и теплоприемными площадками 6 (фиг.2), систему слежения за положением Солнца с серводвигателями 7, 8. Панели 2 оптических концентраторов солнечной энергии, содержат, как минимум, одну или несколько одинаковых групп 9 оптических собирающих линз 10, каждая из которых содержит, как минимум, одну или несколько таких оптических собирающих линз, расположенных в ряд на разных уровнях (фиг.3) в параллельных плоскостях с возможностью объединения их фокусов в одной точке или на рядом расположенных теплоприемных площадках 6 (фиг.4) с их минимальными размерами. Установка фокусов нескольких оптических собирающих линз 10, расположенных в ряд на разных уровнях, на рядом расположенные теплоприемные площадки 6 достигается с помощью зеркал 11, установленных с возможностью поворота фокальных осей этих оптических собирающих линз 10. При наличии открытого Солнца лучи каждой группы оптических собирающих линз 10 направлены на перпендикулярно расположенные фокальным осям каждой из оптических собирающих линз 10 теплоприемные площадки 6, расположенные по окружности отрезка 12 трубы 4 с рабочей средой 5, протяженность которого соразмерна с диаметром лучей, сфокусированных на теплоприемных площадках 6. Система слежения за Солнцем имеет два канала слежения: канал грубого слежения, содержащий микропроцессорный блок 13 автоматического регулирования, способный программно управлять серводвигателями 7, 8, связанный с этими серводвигателями электрическими связями 14, 15. Серводвигатели 7,8 имеют возможность осуществлять дискретный поворот платформы 3 в пределах 180° по азимуту, и дискретный поворот корпуса 1 в пределах 90° по углу места в зависимости от времени суток и установленного интервала дискретизации по времени, и подключать эти же серводвигателями 7, 8 к каналу точного слежения, содержащего оптико-электронный датчик 16 положения Солнца, который через микропроцессорный блок 13 автоматического регулирования способен осуществлять точное слежение корпуса 1 с панелями 2 оптических концентраторов солнечной энергии за положением открытого Солнца в пределах угла обзора оптико-электронного датчика 16 положения Солнца, равного углу дискретного поворота корпуса 1 грубым каналом слежения за Солнцем. Оптико-электронный датчик 16 положения Солнца точного канала жестко закреплен на боковой поверхности корпуса 1 и соединен электрической связью 17 с микропроцессорным блоком 13 автоматического регулирования.
Корпус 1 с панелями 2 оптических концентраторов солнечной энергии установлен на платформе 3 с помощью закрепленных на ней стоек 18. По бокам корпуса 1 на линии, проходящей горизонтально через центр тяжести корпуса 1, закреплены флянцы 19 с осевыми наконечниками 20, размещенными в подшипниках 21, закрепленных на стойках 18, с возможностью поворота корпуса 1 с панелями 2 оптических концентраторов солнечной энергии и другими деталями, закрепленных на корпусе 1, в вертикальной плоскости на 90°. Поворот корпуса 1 по вертикали осуществляется серводвигателем 7 через посредство червяка 22, механически связанного с осью серводвигателя 7 и зубчатой шестерни 23, закрепленной на одной из осевых наконечниках 20. Поворот корпуса 1 с панелями 2 оптических концентраторов солнечной энергии вместе с платформой 3 по азимуту вокруг вертикальной оси 24 в основании 25 осуществляется серводвигателем 8 посредством червячной передачи - червяка 26 и зубчатой шестерни 27 на вертикальной оси 24. Устойчивость платформы 2 на основании 25 обеспечивается упорными роликами 28.
Размещение на корпусе 1-панелей 2 оптических концентраторов солнечной энергии на разных уровнях осуществляется с помощью стоек 29, а зеркала 11 установлены на стойках 30 и опираются на стойки 29 и корпус 1 с помощью уголков 31 и продольных планок 32. Совмещение фокусов F, F1, F2, F3, F 4 оптических собирающих линз 10 (см. фиг.4), расположенных на разных уровнях, на теплоприемных площадках 6 достигается с помощью зеркал 11 (см. фиг.3, 4), осуществляющих поворот их фокальных осей, соблюдая равенство (А1В1+B1 F)=(А1В2+B2F)=AF=(А3 В3+B3F)=(А4В4+В 4F). Лучи каждой группы оптических собирающих линз 10 (см. фиг.4) направлены на перпендикулярно расположенные фокальным осям каждой оптической собирающей линзы 10 теплоприемные площадки 6, расположенные по окружности отрезка 12 трубы 4 с рабочей средой 5, протяженность которого соразмерна с диаметром лучей, сфокусированных на этих теплоприемных площадках 6. Смена рабочей среды 5 в трубе 4 осуществляется через патрубки 33, 34. Промежутки трубы 4 между теплоприемными площадками 6 закрыты теплоизоляционным слоем 35. Питание электронных блоков и серводвигателей солнечного нагревателя осуществляется от автономного блока питания (например аккумулятора) - на фиг. не показан.
1. Солнечный нагреватель, содержащий корпус с панелями оптических концентраторов солнечной энергии, установленный на поворотной по азимуту платформе, с возможностью его поворота в вертикальной плоскости, теплоприемник с теплоприемными площадками, систему слежения за положением Солнца с серводвигателями, отличающийся тем, что панели оптических концентраторов солнечной энергии содержат, как минимум, одну или несколько одинаковых групп оптических собирающих линз, каждая из которых содержит, как минимум, две или более таких линз, расположенных в ряд на разных уровнях в параллельных плоскостях с возможностью объединения их фокусов в одной точке или на рядом расположенных теплоприемных площадках с их минимальными размерами.
2. Солнечный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что установка фокусов нескольких оптических собирающих линз, расположенных на разных уровнях, на рядом расположенные теплоприемные площадки достигается с помощью зеркал, установленных с возможностью поворота фокальных осей этих линз.
3. Солнечный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что при наличии открытого Солнца лучи каждой группы оптических собирающих линз направлены на перпендикулярно расположенные фокальным осям каждой такой линзы теплоприемные площадки, расположенные по окружности отрезка трубы с рабочей средой, протяженность которого соразмерна с диаметрами лучей, сфокусированных на этих площадках.
4. Солнечный нагреватель по п.1, отличающийся тем, что он имеет два канала слежения за положением Солнца: канал грубого слежения, содержащий микропроцессорный блок автоматического регулирования, способный программно управлять серводвигателями, имеющими возможность осуществлять дискретный поворот платформы в пределах 180° по азимуту и дискретный поворот корпуса в пределах 90° по углу места в зависимости от времени суток и установленного интервала дискретизации по времени и подключать их к каналу точного слежения, содержащего оптико-электронный датчик положения Солнца, который через блок автоматического регулирования способен осуществлять точное слежение за положением открытого Солнца в пределах угла обзора оптико-электронного датчика положения Солнца, равного углу дискретного поворота корпуса с панелями оптических концентраторов солнечной энергии каналом грубого слежения за Солнцем.
