ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2210038

ГЕЛИОУСТАНОВКА

Имя изобретателя: Анисимова С.С.; Свиридов К.Н.; Шадрин В.И. 
Имя патентообладателя: Государственное унитарное предприятие "НПО Астрофизика"
Адрес для переписки: 123424, Москва, Волоколамское ш., 95, ГУП "НПО Астрофизика"
Дата начала действия патента: 2001.11.14 

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую или в энергетической установке индивидуального пользования. В соответствии с изобретением в гелиоустановке, содержащей несущую конструкцию, закрепленные на ней двухплечий рычаг и цилиндрический концентратор из набора плоских зеркальных фацет, линейный приемник концентрированного излучения, установленный на рычаге по фокусной линии цилиндрического концентратора, согласно изобретению с тыльной стороны каждой плоской зеркальной фацеты установлена прямоугольная призма, ребро при прямом угле которой совпадает с центральной осью плоской зеркальной фацеты, одна из двух граней призмы, прилегающих к этому ребру, совмещена с плоскостью зеркальной фацеты, на вторую грань прямоугольной призмы нанесено отражающее покрытие, а в зеркальном покрытии плоской фацеты выполнено окно по форме проекции отражающей грани прямоугольной призмы на плоскость фацеты в ходе лучей, параллельных оптической оси цилиндрического концентратора, падающих на тыльную сторону каждой фацеты. Изобретение должно обеспечить повышение эффективности и оперативности взаимной юстировки плоских зеркальных фацет с принимающей поверхностью линейного приемника.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для преобразования солнечной энергии в электрическую, а кроме того, может быть использовано в качестве энергетической установки индивидуального пользования.

Известны солнечные установки, содержащие различные концентраторы с криволинейными образующими, оптически сопряженными с принимающей поверхностью поглотителей солнечной энергии [1-3].

Недостатком таких устройств является неравномерное распределение сконцентрированного солнечного излучения на принимающей поверхности поглотителей, что является особенно критичным, если в качестве приемника солнечного излучения используется фотоэлектрический преобразователь.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению, выбранной авторами за прототип, является гелиоустановка, содержащая несущую конструкцию, закрепленные на ней двухплечий рычаг и цилиндрический концентратор из набора плоских зеркальных фацет, линейный приемник концентрированного излучения, установленный на рычаге по фокусной линии цилиндрического концентратора [4].

В этой гелиоустановке на линейный приемник концентрированного излучения поступает солнечное излучение от плоских зеркальных фацет, образующих цилиндрический концентратор. Каждая фацета дает равномерную засветку линейного приемника, поэтому концентрированное излучение, поступающее на линейный приемник со всех фацет, также будет равномерным, если обеспечена высокая точность взаимной юстировки фацет и линейного приемника.

Недостатком такой гелиоустановки является сложность взаимной юстировки большого количества фацет с принимающей поверхностью линейного приемника концентрированного излучения.

С помощью предлагаемого изобретения достигается технический результат, заключающийся в повышении эффективности и оперативности взаимной юстировки плоских зеркальных фацет, образующих цилиндрический концентратор, с принимающей поверхностью линейного приемника.

В соответствии с предлагаемым изобретением технический результат достигается тем, что в гелиоустановке, содержащей несущую конструкцию, закрепленные на ней двухплечий рычаг и цилиндрический концентратор из набора плоских зеркальных фацет, линейный приемник концентрированного излучения, установленный на рычаге по фокусной линии цилиндрического концентратора, с тыльной стороны каждой плоской зеркальной фацеты установлена прямоугольная призма, ребро при прямом угле которой совпадает с центральной осью плоской зеркальной фацеты, одна из двух граней призмы, прилегающих к этому ребру, совмещена с плоскостью зеркальной фацеты, на вторую грань прямоугольной призмы нанесено отражающее покрытие, а в зеркальном покрытии плоской фацеты выполнено окно по форме проекции отражающей грани прямоугольной призмы на плоскость фацеты в ходе лучей, параллельных оптической оси цилиндрического концентратора, падающих на тыльную сторону каждой фацеты.

На фиг.1 схематически изображен общий вид гелиоустановки.

На фиг.2 приведена схема, поясняющая принцип союстировки набора плоских зеркальных фацет с линейным приемником концентрированного солнечного излучения.

Гелиоустановка содержит несущую конструкцию 1, на которой закреплены двухплечий рычаг 2 и цилиндрический концентратор 3, состоящий из набора плоских зеркальных фацет 4, расположенных по дуге образующей параболы. Линейный приемник концентрированного излучения 5 установлен на двухплечем рычаге 2 по фокусной линии параболоцилиндрического концентратора 3.

С тыльной стороны каждой плоской зеркальной фацеты 4 установлена прямоугольная призма 6, ребро при прямом угле которой совпадает с центральной осью плоской зеркальной фацеты 4, одна из двух граней, прилегающих к этому ребру, совмещена с плоскостью зеркальной фацеты 4, на вторую грань прямоугольной призмы нанесено отражающее покрытие.

В зеркальном покрытии плоской фацеты 4 выполнено окно 7, совпадающее по форме с проекцией отражающей грани 9 прямоугольной призмы 6 на плоскость фацеты 4 в ходе лучей АА, параллельных оптической оси ОО образующей параболы параболоцилиндрического концентратора 3, падающих на тыльную сторону каждой фацеты 4 (см. фиг.2).

ГЕЛИОУСТАНОВКА РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

Система наведения (не показана) производит ориентацию параболоцилиндрического концентратора 3 на Солнце по углу места. Правильное ориентирование параболоцилиндрического концентратора 3 на Солнце еще не достаточно для попадания солнечного излучения от каждой фацеты 4 на линейный приемник 5.

Равномерная засветка принимающей поверхности линейного приемника 5, при которой солнечное излучение, отразившееся от всех фацет 4, поступает на принимающую поверхность линейного приемника 5, обеспечивается при выполнении следующих условий:

- все плоские зеркальные фацеты 4 расположены на касательных к одной образующей параболе и касаются этой параболы своей центральной осью,

- средняя линия принимающей поверхности линейного приемника 5 находится на фокусной линии параболоцилиндрического концентратора 3.

В предлагаемой гелиоустановке вместо взаимной юстировки всех зеркальных фацет 4 с принимающей поверхностью линейного приемника 5 производится взаимная юстировка отражающих граней 9 прямоугольных призм 6, установленных с тыльных сторон фацет 4, с этой же принимающей поверхностью линейного приемника 5. Такая юстировка может осуществляться непосредственно перед началом работы или даже в процессе работы гелиоустановки.

Фрагмент образующей параболы с тремя плоскими зеркальными фацетами 4 и установленными на них прямоугольными призмами 6 изображен на фиг.2. Прямоугольная призма 6 установлена на фацете 4 таким образом, что ребро при прямом угле совпадает с центральной осью плоской зеркальной фацеты 4, одна из двух граней 8, прилегающих к этому ребру, совмещена с плоскостью зеркальной фацеты 4, на вторую грань 9 нанесено отражающее покрытие.

От автономного источника света, например полупроводникового лазера (не показан), на отражающую грань 9 призмы 6 поступает узкий световой пучок АА, параллельный оси образующей параболы ОО.

Поскольку касательная и нормаль к параболе являются биссектрисами углов между фокальным радиусом-вектором и диаметром, проходящим через точку касания, т. е. углы и 1 = 2, и 1 = 2, можно утверждать, что лучи АА, параллельные оси параболы ОО, падающие на тыльную сторону фацеты 4, отразившись о зеркального покрытия, нанесенного на грань 9, установленную по нормали к плоскости зеркальной фацеты 4, пройдут через фокус параболы, если зеркальные фацеты 4 установлены по касательной к параболе.

Для того чтобы контрольные лучи АА, идущие с тыльной стороны фацеты 4, могли попасть принимающую поверхность линейного приемника 5, в зеркальном покрытии плоской фацеты 4 выполнено окно 7 по форме проекции отражающей грани 9 на плоскость фацеты 4 в ходе контрольных лучей АА.

Если все контрольные пучки АА, отраженные от граней 9, перпендикулярных плоскостям соответствующих фацет 4, попали на контрольную отметку , находящуюся на средней линии линейного приемника 5, то можно считать, что все зеркальные фацеты 4, расположены по касательным к одной параболе, а средняя линия принимающей поверхности линейного приемника 5 проходит через фокальную линию параболоцилиндрического концентратора 3.

В этом случае после завершения ориентации цилиндрического концентратора 3 на Солнце солнечные пучки ВВ, отраженные от всех зеркальных фацет 4, попадут на принимающую поверхность линейного приемника 5.

Если разброс положения контрольных лучей АА, отраженных от разных призм, на контрольной отметке превышает допустимую величину, последовательно изменяя наклон каждой зеркальной фацеты 4, добиваются попадания контрольных пучков АА, отраженных от каждой призмы 6, на контрольную отметку .

В отличие от известной гелиоустановки, в которой юстировка производится с использованием отражающей поверхности самой зеркальной фацеты 4, в предлагаемое устройство введены элементы для оперативного контроля и юстировки, контрольные световые пучки отражаются от граней призм 6, установленных с тыльной стороны фацеты 4.

Такая схема проведения контроля и юстировки не требует выведения гелиоустановки из рабочего состояния, что повышает эффективность и оперативность юстировочных работ.

В настоящее время по материалам заявки изготовлен опытный образец гелиоустановки и проводятся ее натурные испытания на полигоне в поселке Грибаново Московской области.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. 1545040 Россия, МПК F 24 J 2/12.

2. Пат. 5655515 США, МПК F 24 J 2/38.

3. Заявка 19546913 Германия, МПК F 24 J 2/14, F 24 J 2/12.

4. А.с. 1449785 Россия, МПК F 24 J 2/38 - прототип.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Гелиоустановка, содержащая несущую конструкцию, закрепленные на ней двухплечий рычаг и цилиндрический концентратор из набора плоских зеркальных фацет, линейный приемник концентрированного излучения, установленный на рычаге по фокусной линии цилиндрического концентратора, отличающаяся тем, что с тыльной стороны каждой плоской зеркальной фацеты установлена прямоугольная призма, ребро при прямом угле которой совпадает с центральной осью плоской зеркальной фацеты, одна из двух граней призмы, прилегающих к этому ребру, совмещена с плоскостью зеркальной фацеты, на вторую грань прямоугольной призмы нанесено отражающее покрытие, а в зеркальном покрытии плоской фацеты выполнено окно по форме проекции отражающей грани прямоугольной призмы на плоскость фацеты в ходе лучей, параллельных оптической оси цилиндрического концентратора, падающих на тыльную сторону каждой фацеты.

Версия для печати
Дата публикации 18.03.2007гг


вверх