RU2194928C1 - Solar collector - Google Patents

Abstract

FIELD: high-temperature solar power plants with concentrators of solar radiation, applicable in all branches of industry, where thermal power is needed. SUBSTANCE: the solar collector has longitudinal wedge- shaped members with reflecting faces installed row upon row, with turns of the coil tube of the heat absorber for the heat-transfer agent to be heated located between them. According to the invention, the tube of the heat absorber is made transparent, and its cross-section has the shape of a rectangle with an upper convex surface forming a shallow lens together with the heat-transfer agent flowing in it, and each turn of the tube is butt-joined to the lower ribs of the faces of the adjacent wedge-shaped members; the faces of the members are highly polished and are of a different curvature, the lower part of them is made concave, the curvature center is positioned behind the plane of formation of the vertical side surfaces of the transparent tubes of the heat absorber; and for increasing the equilibrium temperature the convex surface of the tube turns is made with a curvature providing for arrangement of the lens focal line in the heat-transfer agent, the concave section of the face of the wedge-shaped member begins from the tube lower rib and continues up to the line of formation of a right angle with sun rays in the extreme positions of Solar declination, and the upper part of the member faces is made rectangular up to the top. EFFECT: enhanced temperatures of the heat- transfer agent without any use of Sun tracking systems. 4 dwg

Description

Изобретение относится к области создания высокотемпературных солнечных энергетических установок с концентраторами солнечного излучения и может быть использовано во всех отраслях промышленности, где требуется тепловая энергия, например для получения электрической энергии, холода с высоким КПД, а также для бытовых нужд. The invention relates to the field of creating high-temperature solar power plants with solar radiation concentrators and can be used in all industries where thermal energy is required, for example, to generate electric energy, cold with high efficiency, as well as for domestic needs.

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус и размещенную в нем трубную панель с поперечными ребрами, образующими гофрированную поверхность, причем, по меньшей мере, часть ребер имеет смежные верхний отражающий и нижний поглощающий участки, контактирующие с поверхностью труб, а на отражающих участках выполнены фигурные прорези, ориентированные по касательным к поверхности труб, проведенным из точек, лежащих на границе участков и равноудаленных от осей соседних труб (а.с. СССР 1536178, F 24 J 2/26, 15.01.1990). A known solar collector comprising a housing and a tube panel placed therein with transverse ribs forming a corrugated surface, and at least part of the ribs has adjacent upper reflecting and lower absorbing sections in contact with the surface of the pipes, and figured slots are made on the reflecting sections, oriented tangentially to the surface of the pipes drawn from points lying on the boundary of the sections and equidistant from the axes of the neighboring pipes (USSR AS 1536178, F 24 J 2/26, 01/15/1990).

Недостатком данного коллектора является невозможность получения в нем высоких температур нагреваемого теплоносителя в связи с недостаточной его способностью улавливать солнечную энергию и преобразовывать ее в тепло. The disadvantage of this collector is the impossibility of obtaining high temperatures of the heated coolant in it due to its insufficient ability to capture solar energy and convert it into heat.

Также известен солнечный коллектор, содержащий теплоизолированный корпус со светопрозрачным ограждением, установленные в нем трубчатые поглотители тепла, подсоединенные к коллекторам подвода и отвода жидкости, а под поглотителями установлены концентраторы с возможностью поворота вокруг своих осей (а.с. СССР 918711, F 24 J 2/24, 17.04.1982). Also known is a solar collector containing a thermally insulated casing with a translucent enclosure, tubular heat absorbers installed in it, connected to collectors for supplying and discharging liquids, and concentrators with the ability to rotate around their axes are installed under the absorbers (AS USSR 918711, F 24 J 2 / 24, 04.17.1982).

Недостатком данного коллектора также является невозможность получения в нем теплоносителя высокой температуры и устройства слежения (поворота) за Солнцем. The disadvantage of this collector is also the impossibility of obtaining a high-temperature coolant in it and a tracking (turning) device for the Sun.

Наиболее близким техническим решением к предложенному солнечному коллектору является солнечный тепловой коллектор, содержащий расположенные рядами клиновидные фоклины с поворотными при помощи тяг стенками, снабженными на нижних кромках шарнирами, установленные внутри фоклинов приемники излучения с подключенными к ним трубопроводами для теплоносителя, а сам теплоприемник выполнен в виде змеевиковой трубы (а.с. СССР 1451474, F 24 J 2/06, 15.01.1989). The closest technical solution to the proposed solar collector is a solar thermal collector containing wedge-shaped foclines arranged in rows with pivoting walls provided with hinges provided with hinges at the lower edges, radiation detectors installed inside the foclines with heat carrier pipelines connected to them, and the heat receiver itself is made in the form serpentine pipe (AS USSR 1451474, F 24 J 2/06, 01/15/1989).

Недостатком известного коллектора является наличие регулируемых граней у фоклинов для слежения за Солнцем и невозможность обеспечить попадание фокальных точек точно на змеевиковую трубу, что не позволяет достичь высоких температур теплоносителя. A disadvantage of the known collector is the presence of adjustable faces of the foclines for tracking the Sun and the inability to ensure that the focal points hit exactly on the coil pipe, which does not allow to reach high temperatures of the coolant.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение максимального улавливания солнечного излучения путем расположения теплоприемника точно в фокальных точках отражателя-концентратора без использования механизмов слежения за Солнцем. The technical problem to which the invention is directed is to ensure maximum capture of solar radiation by positioning the heat sink exactly at the focal points of the reflector-concentrator without using the tracking mechanisms for the Sun.

Указанная техническая задача решается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем установленные рядами продольные клиновидные элементы с отражающими гранями, между которыми расположены витки змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, согласно изобретению труба теплоприемника выполнена прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью, образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами боковых граней смежных клиновидных элементов, причем грани элементов выполнены зеркальными и с различной кривизной, нижняя часть которых выполнена вогнутой, центр кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая часть граней элемента начинается от нижнего ребра трубы и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть граней элементов выполнена прямолинейной до вершины. The indicated technical problem is solved in that in a solar collector containing longitudinal wedge-shaped elements arranged in rows with reflecting faces, between which are arranged coils of a heat-sink coil pipe for a heat-transfer medium, according to the invention, the heat-sink pipe is made transparent and its cross section has the shape of a rectangle with an upper convex surface forming together with the coolant flowing in it a small lens, and each turn of the pipe is installed end-to-end with the lower ribs of the sides faces of adjacent wedge-shaped elements, and the faces of the elements are made of mirror and with different curvatures, the lower part of which is concave, the center of curvature of which is located beyond the plane of formation of the vertical side surfaces of the transparent pipes of the heat sink, and to increase the equilibrium temperature, the convex surface of the pipe turns is made with a curvature that provides the location of the focal line of the lens in the coolant, and the concave part of the faces of the element starts from the lower edge of the pipe and continues to the lines of the formation of a right angle with the sun's rays in the extreme positions of the declination of the Sun, and the upper part of the faces of the elements is made straight to the top.

Место расположения витков змеевиковой трубы и ее выполнение прозрачной с поперечным сечением в виде прямоугольника и выпуклой верхней поверхностью обеспечивают попадание фокусных точек отражателей в полость трубы и, следовательно, полное улавливание солнечной энергии теплоносителем. The location of the coils of the coil pipe and its implementation transparent with a cross-section in the form of a rectangle and a convex upper surface ensure that the focal points of the reflectors get into the cavity of the pipe and, therefore, the complete capture of solar energy by the coolant.

Выполнение верхней грани выпуклой совместно с теплоносителем позволяет образовать мелкую линзу (растр), что также влияет на максимальную концентрацию солнечной энергии в полости трубы. Performing the upper face convex together with the coolant allows you to form a small lens (raster), which also affects the maximum concentration of solar energy in the cavity of the pipe.

Центр кривизны нижней вогнутой части граней элементов расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника для обеспечения вписывания в полость сечения труб кривой перемещения фокальной линии клиновидных отражательных элементов. The center of curvature of the lower concave part of the faces of the elements is located beyond the plane of formation of the vertical side surfaces of the transparent pipes of the heat sink to ensure that the curve of the focal line of the wedge-shaped reflecting elements fits into the cavity of the pipe section.

На фиг.1 изображен общий вид коллектора, на фиг.2 - клиновидный элемент, на фиг. 3 - расположение трубы между смежными гранями элементов, на фиг.4 - формирование отраженных пучков при крайних и среднем положениях Солнечного склонения. Figure 1 shows a General view of the collector, figure 2 is a wedge-shaped element, in fig. 3 - the location of the pipe between adjacent faces of the elements, figure 4 - the formation of reflected beams at the extreme and middle positions of the Solar declination.

Солнечный коллектор содержит установленные рядами продольные клиновидные элементы 1 с отражающими гранями 2, между которыми расположены витки 3 змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, выполненной прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью 4 (фиг.3), образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем 5 мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами 6 зеркальных граней смежных клиновидных элементов, выполненных с различной кривизной, нижняя часть 7 которых выполнена вогнутой, центр O₁ кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность 4 витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая нижняя часть 7 грани 2 клиновидного элемента начинается от нижнего ребра трубы на высоте толщины ее нижней стенки и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть 9 граней элементов выполнена прямолинейной до вершины. Позициями 10, 11, 12 (фиг.3) обозначены прямые лучи, позициями 10*, 11* - отраженные солнечные лучи. На фиг.4 изображено формирование отраженных пучков при крайних 13 и 14 и среднем 15 положениях Солнечного склонения.The solar collector contains longitudinal wedge-shaped elements 1 mounted in rows with reflecting faces 2, between which there are coils 3 of the coil tube of the heat receiver for the heated coolant, made transparent, and its cross section has the shape of a rectangle with an upper convex surface 4 (Fig. 3), forming together with the coolant flowing in it 5 has a small lens, and each coil of the pipe is installed end-to-end with the lower ribs of 6 mirror faces of adjacent wedge-shaped elements made with different curvatures, n zhnyaya part 7 which is concave, the center O ₁ of curvature of which is located behind the plane of formation of the vertical side surfaces of the transparent tube of the heat, and to increase the equilibrium temperature of the convex surface 4 turns of the tube is formed with a curvature that provides the lens arrangement of the focal line in the coolant, wherein the concave lower portion 7 face 2 of the wedge-shaped element starts from the lower edge of the pipe at a height of the thickness of its lower wall and continues to the line of formation of a right angle with sunbeams in Raina positions solar declination, and the upper part 9 faces of elements made straight to the top. Positions 10, 11, 12 (figure 3) indicate direct rays, positions 10 *, 11 * - reflected sunlight. Figure 4 shows the formation of reflected beams at extreme 13 and 14 and an average of 15 positions of the solar declination.

Солнечный коллектор работает следующим образом. The solar collector works as follows.

Коллектор собирается до необходимых размеров и устанавливается в необходимом месте. Солнечные лучи, попадая на нижнюю вогнутую часть 7 и верхнюю прямолинейную часть 9 граней 2 клиновидных зеркальных отражательных элементов не зависимо от положения Солнца в течение светового дня и зимнего и летнего Солнечного склонения, концентрируются и отражаются на теплоприемник в виде витков 3 змеевиковой трубы. Выполнение трубы с прямоугольным поперечным сечением определенной высоты и ширины и верхней выпуклой поверхностью 4, образующей совместно с теплоносителем 5 мелкую линзу, и место ее установки обеспечивают максимальное улавливание солнечной энергии. Для увеличения угла захвата солнечной энергии, а следовательно, и величины концентрации солнечной энергии, определяющей мощность фокальной зоны концентратора, зеркальные грани 2 клиновидных элементов имеют прямолинейные участки 9 (фиг.2) сечений, начиная с точки касательной к лучу 12 (при максимальном угле склонения), то есть когда радиус (R₂) образует с лучом 12 прямой угол, до точки соединения отраженного луча 11* другого крайнего положения Солнца с вершиной прозрачной трубы теплоприемника.The collector is assembled to the required size and installed in the right place. The sun's rays, falling on the lower concave part 7 and the upper rectilinear part 9 of the faces 2 of the wedge-shaped mirror reflective elements, regardless of the position of the Sun during daylight hours and winter and summer solar declination, are concentrated and reflected on the heat receiver in the form of turns 3 of a coil pipe. The implementation of the pipe with a rectangular cross section of a certain height and width and an upper convex surface 4, forming together with the coolant 5 a small lens, and its installation provide maximum capture of solar energy. To increase the angle of capture of solar energy, and consequently, the concentration of solar energy, which determines the power of the focal zone of the concentrator, the mirror faces of 2 wedge-shaped elements have straight sections 9 (Fig. 2) of sections, starting from the point tangent to the beam 12 (at the maximum declination angle ), that is, when the radius (R ₂ ) forms a right angle with the ray 12, to the point of connection of the reflected ray 11 * of the other extreme position of the Sun with the apex of the transparent tube of the heat receiver.

Использование данного солнечного коллектора позволит обеспечить получение высоких температур теплоносителя, не используя при этом систем слежения за Солнцем. Коллектор отличается простотой конструкции. The use of this solar collector will make it possible to obtain high coolant temperatures without using the tracking systems for the Sun. The collector is simple in design.

Claims (1)

Солнечный коллектор, содержащий установленные рядами продольные клиновидные элементы с отражающими гранями, между которыми расположены витки змеевиковой трубы теплоприемника для нагреваемого теплоносителя, отличающийся тем, что труба теплоприемника выполнена прозрачной, а ее поперечное сечение имеет форму прямоугольника с верхней выпуклой поверхностью, образующей совместно с протекающим в ней теплоносителем мелкую линзу, а каждый виток трубы установлен встык с нижними ребрами граней смежных клиновидных элементов, причем грани элементов выполнены зеркальными и с различной кривизной, нижняя часть которых выполнена вогнутой, центр кривизны которой расположен за плоскостью формирования вертикальных боковых поверхностей прозрачных труб теплоприемника, а для увеличения равновесной температуры выпуклая поверхность витков трубы выполнена с кривизной, обеспечивающей расположение фокальной линии линзы в теплоносителе, причем вогнутая часть грани клиновидного элемента начинается от нижнего ребра трубы и продолжается до линии образования прямого угла с солнечными лучами в крайних положениях склонения Солнца, а верхняя часть граней элементов выполнена прямолинейной до вершины. A solar collector comprising longitudinal wedge-shaped elements installed in rows with reflecting faces, between which are located the turns of a coil pipe of a heat receiver for a heated coolant, characterized in that the pipe of the heat receiver is made transparent, and its cross section has the shape of a rectangle with an upper convex surface, forming together with a coolant with a coolant, and each turn of the pipe is installed end-to-end with the lower ribs of the faces of adjacent wedge-shaped elements, and the edges of the ele The entrances are made of mirror and with different curvatures, the lower part of which is concave, the center of curvature of which is located beyond the plane of formation of the vertical side surfaces of the transparent pipes of the heat sink, and to increase the equilibrium temperature, the convex surface of the turns of the pipe is made with a curvature that ensures the location of the focal line of the lens in the coolant, the concave part of the face of the wedge-shaped element starts from the lower edge of the pipe and continues to the line of formation of a right angle with the solar Chami in the extreme positions of the declination of the Sun, and the upper part of the faces of the elements is made straight to the top.

Images