Солнечный коллектор

Солнечный коллектор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к гелиотехнике и направлено на повышение оптического КПД солнечного коллектора. Солнечный коллектор содержит ряд параллельных расположенных в одной плоскости равноудаленных одна от другой светопоглощающих трубок 1 и гофрированный отражатель 2 треугольного профиля, нижние ребра которого расположены под светопоглощающими трубками. Грани отражателя образуют между собой двугранный угол 133° 20 , их ширина в 1,85 раз, а расстояние между ними и центрами трубок в 1,97 раз больше радиуса трубок. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е С К ИХ

РЕСПУБЛИК (si)s F 24 J 2/16

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

° »

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4744890/06 (22) 25.04.89 (46) 30.10.91. Бюл, № 40 (75) Б.И.Казанджан, В.Ю.Лунин и Г.A.Ìåëüников (53) 662.997(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1601471, кл. F 24 J 2/16, 1988, (54) СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР (57) Изобретение относится к гелиотехнике и направлено на повышение оптического

„„ 4 „„1688072 А1

КПД солнечного коллектора. Солнечный коллектор содержит ряд параллельных расположенных в одной плоскости равноудаленных одна от другой светопоглощающих трубок 1 и гофрированный отражатель 2 треугольного профиля, нижние ребра которого расположены под светопоглощающими трубками. Грани отражателя образуют между собой двугранный угол 133 20, их ширина в 1,85 раз, а расстояние между ними и центрами трубок в 1,97 раз больше радиуса трубок. 1 ил.

l688072

0,5

Н

; — cos P/2

Ь sin Р72

0,5 — — — Н sina

0,5 b

cos а

Ь/Н+зп

Ч!1+(1 — cos

25 (2) Н slna

r>=-bl+ Hj;

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к фокусирующим коллекторам, Цель изобретения — повышение оптического КПД.

На чертеже показана конструктивная 5 схема предлагаемого коллектора (с элементами расчетной схемы).

Солнечный коллектор содержит ряд параллельных расположенных в одной плоскости равноудаленных одна от другой 10 светопоглощающих трубок 1 и гофрированный отражатель 2 треугольного профиля, нижние ребра которого расположены под светопоглощающими трубками. Радиус Я трубок, величина двугран ного угла р между 15 гранями отражателя, расстояния в и Н между центрами трубок, а также между центрами трубок и нижними ребрами отражателя связаны системой равенств

Солнечный коллектор работает следующим образом.

Солнечное излучение, падающее на коллектор, частично попадает на верхнюю часть поверхности трубок 1 с теплоносите- 35 лем, а частично проходит между ними и попадает на отражатель 2. Конструктивные соотношения параметров элементов коллектора обеспечивают переотражение любого прошедшего между трубками t,10 солнечного луча на их нижнюю часть поверхности.

Пространство между отражателем и защитным стеклом при наличии корпуса может быть заполнено средой подавляющей 45 конвекцию, например вакуумировано, Поверхность светопоглощающих трубок может быть покрыта слоем, селективно отражающим излучение ИК-диапазона длин волн оптического излучения. 50

Для обоснования присущих солнечному коллектору свойств полной утилизации падающего на него солнечного (как прямого, так и рассеянного) излучения рассматрива. ют основные соотношения, определяющие 55 условия переотражения всех лучей, уп,авших на отражатель 2, на трубки 1, Анализ хода лучей в оптической системе коллектора производят в с,илу ее плоской симметрии только в поперечной плоскости коллектора, которую характеризуют системой координат ХОУ.

В водят следующие обозначения:

Ь вЂ” расстояние между осями трубок, соответственно центрами окружностей 01,02 и Оз, p — величина двугранного угла между гранями соответственно; а=0,5(л — P) — угол LАОС;

Н и R — соответственно высота расположения (Y — координата) центра труб и радиус;

d = H cos a — расстояние между центрами трубок и гранями;

05Ь вЂ” ширина граней, cos а

Рассматриваем условие, обеспечивающее отсутствие обратно отраженных неутилизованных лучей при однократном отражении от граней. Этим условием будет покрытие проекции окружности Оз на прямую АС или

Строят мнимое изображение окружностей трубок. При этом отметим, имея ввиду касание граней Р> и Р центра координат и симметричное расположение окружностей относительно оси Уо, эквивалентность мнимого изображения, соответствующего зеркальному отображению, развороту окружностей на угол р, где р и p — угловое расположение точки Og

I соответственно s действительном и мнимом положениях;

g — угловое положение плоскостей граней, соответственно прямых Р> и Рг в плоскости ХОУ, Строим мнимое изображение 02 окружности Ог относительно прямой Р2, для котоЛ рых, p = —, ф =a и соответственно ф =2a

На основе имеющихся данных записываем значения радиусов векторов центров окружностей О>, 02 и Ог в введенной систе1 ме координат

1688072

Тогда еще одним необходимым условием отсутствия неутилизированных однократно отраженных лучей будет отсутствие 5 прямых, проходящих между окружностями

01,02 и 02 или

R — = мин

Ь (6) 10 которое соответствует условию минимальной общей поверхности теплоприемных труб и, следовательно, минимуму потерь на теплоизлучение с их поверхности, 15 Анализ указанных соотношений (1-6) показывает, что минимальное значение R/Ь определяется неравенствами (1),(3) и (4). Для подтверждения этого утверждения достаточно решить вытекающую иэ неравенства

20 (1),(3) и (4) систему нелинейных уравнений для переменных R/Ь, Н/Ь и Р =л — 2 а чтобы убедиться, что остальные неравенства. также выполняются!

Г1 — г2 1

0,5b (3),г ь7й + sin 2 а

1+cos 2c

25 R 05 Н

Ь 3! и j872 Ь сов ф/2

0,5

30 — = slrtP+ cosP.

° Н

Ь Ь

35 Численное решение системы уравнений (естественно в положительной области значений величин b R H и P) дают следующие значения:

40 — = 0,2946

= 0,631

45 ф =133 20 .

Непосредственно убеждаемся, что неравенства (2) и (5) соблюдаются также. Соот50 ветственно имеем

0.2514с 0.2946

-0.08356с 0.2946

-t л л г2= Hsin 2 a i- Н cos 2 cj с учетом значений векторов выражение несложно преобразовать

Совокупность неравенств (1 — 3) представляет собой достаточные условия отсутствия выхода однократно отраженных лучей, поскольку они описывают практически все возможные ситуации при уходе однократно отраженных лучей, Для анализа хода двукратно отраженных лучей (последовательно от Р1 и Р2) рассматриваем соответствующее данному ходу лучей двойное мнимое изображение центра окружности.

Поскольку для Pi ф =л — а, а для Р2

Л (=a и p = —, то для двойного мнимого

2 изображения ф = 4 а + — .

Л

Полученное мнимое изображение однозначно соответствует мнимому (однократному зеркальному) изображению относительно прямой OQ, расположенной подуглом ф=2а+ —, Л

При этом точка Q является проекцией точки А на данную прямую.

Очевидно, что вместе с вектором г2 на тот же угол разворачивается прямая 010, на которой располагаются центры окружностей.

Таким образом, анализ отсутствия двукратного отраженных неутилизированных лучей сводится к анализу однократно отраженных лучей. Очевидным условием отсутствия последних будет покрытие проекции окружности Оз на прямую OQ или

bsin2a-Hcos2 а Я (4)

0,5b tg а+ Н cos 2 а- b sin 2 а S В .(5) Таким образом. три возможные ситуации, определяющие обратное отражение падающих на коллектор лучей, сводится к системе из пяти неравенств, которые содержат четыре независимые переменные ЬЯ,Н иа.

Решение этих соотношений целесообразно проводить при условии

Найденные значения (при решении системы уравнений) являются точкой минимума Я/b; Действительно любое увеличение R/Ь не нарушает условий нерав енств (1 5).

1688072 трубок и нижними ребрами отражателя связаны системой равенств

Формула изобретения

Солнечный коллектор, содержащий ряд параллельных расположенных в одной плоскости равноудаленных одна от другой светопоглощэющих трубок и гофрированный отражатель треугольного профиля, нижние ребра которого расположены под светопоглощающими трубками, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения, оптического КПД, радиус R трубок, величина дМущанного угла P между гранями отражателя, расстояния Ь и Н между центрами трубок, а также между центрами

И 0,5 Н

Ь Р 2

5 Ь 3!и

0,5

10 — = slnP + — cosP.

R Н

Ь Ь

Составитель А,Смирнова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М,Демчик

Редактор Т.Горячева

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3701 Тираж 375 Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5