1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28605
(51) F24J 2/14 (2006.01)
F24J 2/54 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0831.1
(22) 21.06.2013
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(72) Пак Михаил Иванович; Ем Татьяна
Михайловна; Вольф Анатолий Арнгольдович
(73) Некоммерческое акционерное общество
"Алматинский университет энергетики и связи"
(56) Патент KZ №10952, кл. F24J 2/14, F24J 2/54,
2004
(54) СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР
"ДЕМИТАН-2"
(57) Изобретение относится к гелиотехнике, в
частности, к конструкциям солнечных тепловых
коллекторов, используемых в системах
теплохладоснабжения и ориентируемым на солнце
гелиоустановкам.
Солнечный тепловой коллектор «ДЕМИТАН-2»,
содержит трубчатые теплоприемники, которые
являются также валом параболоцилиндрических
концентраторов, привод концентраторов,
обеспечивающий автоматическое слежение за
азимутальным перемещением солнца по небосводу,
входные и выходные патрубки, к которым
параллельно присоединены нечетное количество
трубчатых теплоприемников, размещенных в
теплоизолированном корпусе с крышкой из
прозрачного поликарбоната, электронную систему
автоматического слежения за азимутальным
перемещением солнца, который содержит датчик
освещенности, датчик предельного угла поворота
концентраторов, усилители фототока и мощности,
стабилизатор, микроконтроллер, блок питания и
моторредуктор, последний кинематически связан с
параболоцилиндрическими концентраторами
системой зубчатых передач.
Таким образом, преимуществом предлагаемого
изобретения является снижение начальной
стоимости солнечного теплового коллектора,
увеличение располагаемого количества солнечной
радиации и коэффициента полезного действия
коллектора.
(19)KZ(13)A4(11)28605
2. 28605
2
Изобретение относится к гелиотехнике, в
частности, к конструкциям солнечных тепловых
коллекторов, используемых в системах
теплохладоснабжения и ориентируемым на солнце
гелиоустановкам.
Известна гелиоустановка, содержащая
ориентируемый на солнце объект, установленный на
валу с возможностью поворота, и воспринимающий
солнечное излучение термопривод, имеющий экран
и кинематическую связь для поворота объекта,
причем центр тяжести последнего смещен
относительно вала (SU №1612184, МПК F24J 2/38,
опубл. 07.12.1990).
Однако известная гелиоустановка вызывает
значительную ветровую нагрузку, требует большой
величины момента сил для поворота объекта в
целом, обладает высокой начальной стоимостью.
Известен Солнечный тепловой коллектор
«Демитан», выбранный в качестве прототипа,
содержащий одну или несколько секций, каждая из
которых состоит из прозрачного цилиндрического
корпуса, параболоцилиндрического концентратора,
балансировочного противовеса и трубчатого
теплоприемника, служащего одновременно и валом
поворота концентратора, термопривод
концентратора, выполненного в виде
теплоизолированного цилиндра с поршнем и
расположенного под ним двухсекционного бачка с
пакетами экранов, кинематическая связь между
поршнем термопривода и концентратором
осуществляется передаточным зубчатым штоком,
имеющим сцепление с шестеренками, закрепленных
соосно на трубчатом теплоприемнике и на которых
жестко укреплен параболический концентратор
(Патент KZ №10952, МПК F24J 2/14, F24J
2/54,публикация 16.02.2004, бюл. 2).
Недостатком известного солнечного теплового
коллектора «Демитан», является повышенная
начальная стоимость коллектора, термопривод
которого не обеспечивает необходимое угловое
разрешение при слежении за азимутальным
перемещением солнца и может работать в довольно
малом интервале угла перемещения солнца из-за
большой тепловой инертности термопривода и
постоянства угла наклона экранов термопривода,
что снижает коэффициент полезного действия
устройства.
Техническим результатом изобретения является
снижение начальной стоимости солнечного
теплового коллектора, увеличение располагаемого
количества солнечной радиации и коэффициента
полезного действия коллектора.
Технический результат достигается тем, что в
солнечном тепловом коллекторе, содержащем
трубчатые теплоприемники, которые являются
также валом параболоцилиндрических
концентраторов, привод концентраторов,
обеспечивающий автоматическое слежение за
азимутальным перемещением солнца по небосводу,
входные и выходные патрубки, к которым
параллельно присоединены трубчатые
теплоприемники, согласно изобретению, трубчатые
теплоприемники размещены в теплоизолированном
корпусе с крышкой из прозрачного поликарбоната в
нечетном количестве, электронная система
автоматического слежения за азимутальным
перемещением солнца содержит датчики
освещенности и предельного угла поворота
концентраторов, усилители фототока и мощности,
стабилизатор, микроконтроллер, блок питания и
моторредуктор, последний кинематически связан с
параболоцилиндрическими концентраторами
системой зубчатых передач.
Сущность изобретения поясняется чертежами,
где на фиг.1 представлен общий вид коллектора, вид
сверху; на фиг.2 - сечение А-А; на фиг.3 -
функциональная схема электронной системы
слежения за азимутальным перемещением солнца.
Солнечный коллектор состоит в данном случае
из пяти трубчатых теплоприемников 1, соединенных
параллельно к входным 2 и выходным 3 патрубкам.
Входные и выходные патрубки на концах снабжены
резьбовыми концевиками, на которые могут быть
установлены заглушки или гибкие шланги в
зависимости от выбранной схемы сборки
коллекторов необходимой площади.
Входные и выходные патрубки устанавливаются
в корпусе коллектора через профилированные
отверстия для компенсации линейного расширения.
Световоспринимающие поверхности
теплоприемников и поверхность патрубков покрыты
селективной краской, например на основе черного
хрома.
Параболоцилиндрические концентраторы 4
изготовлены из листовой зеркальной нержавеющей
стали, в фокусе параболической поверхности
находится теплоприемник, который служит валом
поворота концентратора. Поверхности
концентраторов укрепляются на профилированные
диски концентраторов 5, конструкция и толщина
которых обеспечивают балансировку концентратора
относительно оси поворота. На втулке верхних
концентраторов укреплены зубчатые шестеренки 6,
а буферные шестеренки 7 монтируются осевыми
болтами на плите крепления моторредуктора.
Ведущая шестеренка 8 насаживается на ось
моторредуктора. Данная система зубчатых передач
обеспечивает поворот всех концентраторов в
противоположном направлении поворота ведущей
шестеренки 8.
Функциональная схема электронной системы
слежения за азимутальным перемещением солнца
приведена на фиг.3.
Датчик освещенности представляет собой два
близкорасположенных фотодиода с широкой
диаграммой направленности, находящихся в одной
горизонтальной плоскости, разделенных
непрозрачной вертикальной перегородкой.
Расстояние между фотодиодами и высота
вертикальной перегородки определяют угловое
разрешение системы слежения. Датчик
освещенности устанавливается в верхней части
диска центрального концентратора.
Датчики предельного угла поворота (датчики
Холла) разрешают работу системы слежения в
определенном диапазоне углов поворота, не
3. 28605
3
позволяют системе слежения выходить за пределы
заданного диапазона углов, при достижении
предельного угла включается блокировка,
разрешающая направление поворота в сторону,
обратную предыдущему направлению.
Источник питания формирует постоянное
напряжение 12. В из переменного 220В. Назначение
остальных блоков показано на фиг.3.
Солнечный коллектор работает следующим
образом. Первоначально система заполняется
подготовленной водой или антифризом,
устанавливается угол наклона плоскости коллектора
к горизонту, равный оптимальному углу наклона,
например, для климатических условий г. Алматы
(43,4° с.ш.) оптимальный угол наклона
рассчитывается по склонению солнца за теплый
период года от дня весеннего равноденствия (21
марта) до дня осеннего равноденствия (23 сентября).
После восхода солнца при достижении предельного
угла поворота системы слежения поворачивает
плоскость, проходящую через кромки
концентратора, перпендикулярно азимуту солнца и
в дальнейшем до заката (до достижения
максимального предельного угла) автоматически
следит за азимутом солнца в пределах погрешности
углового разрешения. В ночное время или в
облачные дни концентраторы находятся в крайнем
нижнем положении. Внутренняя поверхность
корпуса покрыта фольгированной теплоизоляцией,
и это создает в корпусе повышенное альбедо
солнечного излучения.
Расчеты показывают, что применение системы
слежения за азимутальным перемещением солнца
увеличивает располагаемый поток солнечной
радиации коллектора более чем в 2,2 раза. (Вестник
КАТК №5, 2010, с.76-79). Кроме того площадь
теплоотдающей поверхности уменьшается 2,48 раз
по сравнению с плоским коллектором, что
обеспечивает высокое кпд коллектора.
Таким образом, преимуществом предлагаемого
изобретения является снижение начальной
стоимости солнечного теплового коллектора,
увеличение располагаемого количества солнечной
радиации и коэффициента полезного действия
коллектора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Солнечный тепловой коллектор, содержащий
трубчатые теплоприемники, которые являются
также валом параболоцилиндрических
концентраторов, привод концентраторов,
обеспечивающий автоматическое слежение
электронной системы за азимутальным
перемещением солнца по небосводу, входные и
выходные патрубки, к которым параллельно
присоединены трубчатые теплоприемники,
отличающийся тем, что трубчатые
теплоприемники размещены в теплоизолированном
корпусе с крышкой из прозрачного поликарбоната в
нечетном количестве.
2. Солнечный тепловой коллектор по п.1,
отличающийся тем, что электронная система
автоматического слежения за азимутальным
перемещением солнца, содержит датчики
освещенности и предельного угла поворота
концентраторов, усилители фототока и мощности,
стабилизатор, микроконтроллер, блок питания и
моторредуктор, который кинематически связан с
параболоцилиндрическими концентраторами
системой зубчатых передач.
