початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2109228

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ПЕРЕТВОРЕННЯ СОНЯЧНОЇ ЕНЕРГІЇ (ВАРІАНТИ)

Ім'я винахідника: Ашурли З.И .; Молохіна Л.А .; Філін С.О.
Ім'я патентовласника: Акціонерне товариство закритого типу "АстроСолар"; Молохіна Лариса Аркадіївна
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1995.07.21

Використання: для отримання електричної та теплової енергії, наприклад, нагрівання води в системах опалення та гарячого водопостачання і акумулювання електроенергії для освітлення в темний час доби, роботи насоса і т. П. Сутність: у пристрої для перетворення сонячної енергії, що містить корпус, встановлені в ньому елементи перетворення енергії і теплоприемник з лицьовим хвилястим і тильним огорожами, що контактує з елементами для перетворення енергії, хвилястість особового огородження виконана у вигляді конструкцій, які формують порожнини гостроверхій форми, спрямовані вершинами в тильну сторону, елементи для перетворення енергії виконані у вигляді термоелементів, термоелектрична батарея яких контактує з зовнішньою стороною тильного огорожі гарячими спаями, а холодні спаї виведені з корпусу. Бічні поверхні гострих конструкцій можуть бути виконані поглинають. Холодні спаї можуть контактувати з охолоджуючим агентом. Гострі конструкції можуть бути виконані у вигляді пірамід або конусів не нижче 68 ^o. За другим варіантом в пристрої перетворення сонячної енергії, що містить корпус з хвилястою панеллю, встановлені в ньому елементи для перетворення сонячної енергії і теплоприемник з тильним хвилястим і лицьовим огорожами, останнє з яких контактує з елементами для перетворення енергії, хвиляста панель виконана у вигляді стільникової структури з загальним плоским підставою з лицьового огорожі, елементи для перетворення енергії виконані у вигляді термоелементів, гарячі спаї термоелектричної батареї яких закріплені на зовнішній поверхні основи відповідної стільники, а холодні спаї виведені з корпусу. Стільникова структура може бути виконана у вигляді правильних прямих шестигранних призм з бічними відбивають світло і поглинає підставою. Холодні спаї можуть контактувати з охолоджуючим агентом.

ОПИС ВИНАХОДИ

Пропонований винахід відноситься до геліотехніці і може бути використано для отримання електричної та теплової енергії, наприклад, нагрівання води в системах опалення та гарячого водопостачання і акумулювання електроенергії для освітлення в темний час доби, роботи електронасоса і т.п.

В даний час проблема використання екологічно чистих, доступних і дешевих джерел енергії встала досить гостро. Особливе місце серед таких джерел енергії займає сонячна енергія. Пристрій для перетворення сонячної енергії в електричну і теплову енергії, що існують в даний час, є недостатньо ефективними по ряду причин.

Відомо пристрій для перетворення сонячної енергії, що містить корпус, встановлені на ньому фотоелементи і контур їх охолодження у вигляді теплової труби, испарительная частина якої розміщена в корпусі і має тильне і лицьове огорожі, останнє з яких контактує з фотоелементами [1].

Проте відоме пристрій володіє невисоким ККД через низьку температури нагріву теплоносія в результаті поглинання основної частини падаючої на пристрій сонячної енергії фотоелементами і недостатній інтенсивності теплообміну.

Найбільш близьким технічним рішенням (прототипом) є пристрій для перетворення сонячної енергії, що містить корпус, забезпечений гофрованої прозорою панеллю, закріплені на її тильній поверхні фотоелементи і контур їх охолодження у вигляді вакуумированной теплової труби, испарительная частина якої розміщена в корпусі і має тильне і лицьове огорожі , при цьому поверхня щонайменше одного з огорож виконана циліндричної з незамкненою криволінійної спрямовуючої, але з щонайменше однією точкою зламу, або поверхню тильного огорожі виконана склепінчастою, а її утворює орієнтована під кутом до стінок корпусу, або лицьове огорожу виконано гофрованим, причому поверхню одного огорожі утворює з однією поверхнею канали випарної частини [2].

Проте відоме пристрій володіє невисоким ККД через невисоку температуру нагрівання теплоносія в результаті поглинання великої частини падаючої на пристрій сонячної енергії фотоелементами і недостатньо високої інтенсивності теплообміну.

Новим досягається технічним результатом пропонованого винаходу є підвищення ефективності пристрою шляхом підвищення інтенсивності теплообміну при незменшення вироблення електроенергії.

Новий технічний результат за першим варіантом можливою завдяки тому, що в пристрої для перетворення сонячної енергії, що містить корпус, встановлені в ньому елементи перетворення енергії і теплоприемник з лицьовим хвилястим і тильним огорожами, що контактує з елементами для перетворення енергії, на відміну від прототипу, хвилястість особового огородження виконана у вигляді конструкцій, які формують порожнину гострої форми, спрямовану вершинами в тильну сторону, елементи для перетворення енергії виконані у вигляді термоелементів, термоелектрична батарея яких контактує з зовнішньою стороною тильного огорожі гарячими спаями, а холодні спаї виведені з корпусу.

Бічні поверхні гострих конструкцій можуть бути виконані поглинають.

Холодні спаї можуть контактувати з охолоджуючим агентом. Гострі конструкції можуть бути виконані у вигляді пірамід або конусів з нахилом бічних поверхонь до основи пірамід або конусів не нижче 68 ^o.

Новий технічний результат за другим варіантом і можливою завдяки тому, що в пристрої перетворення сонячної енергії, що містить корпус з хвилястою панеллю, встановлені в ньому елементи для перетворення сонячної енергії і теплоприемник з тильним хвилястим і лицьовим огорожами, останнє з яких контактує з елементами для перетворення енергії, на відміну від прототипу, хвиляста панель виконана у вигляді стільникової структури з загальним плоским підставою з лицьового огорожі, елементи для перетворення енергії виконані у вигляді термоелементів, гарячі спаї термоелектричної батареї яких закріплені на зовнішній поверхні основи відповідної стільники, а холодні спаї виведені з корпусу.

Стільникова структура може бути виконана у вигляді правильних прямих шестигранних призм з бічними відбивають світло і поглинає підставою.

Холодні спаї можуть контактувати з охолоджуючим агентом.

На фіг. 1 (з загостреними конструкціями першого варіанту) і на фіг. 2 (зі стільниковою структурою за другим варіантом) представлені принципові схеми улаштування для перетворення сонячної енергії.

За першим варіантом пристрій для перетворення сонячної енергії містить корпус 1 і теплоприемник 2 з лицьовим огорожею 3, виконаним у вигляді конструкцій 4, формують порожнини гостроверхій форми, спрямовані вершинами в тильну сторону, і з тильним огорожею 5, зовнішня сторона якого контактує гарячими спаями 6 термоелектричної батареї термоелементів 7, холодні спаї 8 якої виведені з корпусу 1 і контактують з охолоджуючим агентом 9. Бічні поверхні 10 гострих конструкцій 4 можуть бути виконані у вигляді пірамід або конусів з нахилом до основи пірамід або конусів не нижче 68 ^o і поглинають.

За другим варіантом пристрій для перетворення сонячної енергії містить корпус 1 з панеллю, виконаною у вигляді стільникової структури 11 з правильних прямих шестигранних призм 12 з бічними відбивають світло 13 і поглинає підставою 14 із загального плоского особового огорожі 15 теплоприемника 2 з тильним хвилястим огорожею 16, при це гарячі спаї 6 термоелектричної батареї термоелементів 7 закріплені на зовнішній поверхні основи 14 відповідної стільники 12, а холодні спаї 8 виведені з корпусу 1 і контактують з охолоджуючим агентом 9.

Пристрій для перетворення сонячної енергії за першим варіантом працює наступним чином.

При попаданні сонячних променів на поверхні гострих конструкцій 4 лицьового огородження 3 (фіг. 1) випромінювання поступово поглинається на їх бічних поверхнях 10 (східчасто) у міру переотражения променя все глибше до вершини загостреною конструкції 4 до тих пір, поки вся променева енергія, що потрапила в таку пастку, що не поглине, перетворивши основну частину падаючої сонячної енергії в теплову енергію теплоносія.

Слід зазначити, що чим більше кут нахилу бічних поверхонь 10 гострих конструкцій 4, наприклад призм або конусів, до їх основи, тим більша кількість перевідбиттів зазнає лазера всередині таких гострих конструкцій до свого виходу з них, перетворюючи при кожному наступному перевідбиттів все більшу частину променистої, потрапила в гостру конструкцію 4 енергії в теплову енергію теплоносія. Вже після 3-4 таких перевідбиттів велика частина променевої енергії перетворюється в теплову, а при великих кутах нахилу, коли кількість таких перевідбиттів перевищує десятки, загострені конструкції 4 стають пастками, близькими за властивостями до абсолютно чорного тіла, вбирного всю потрапляє в нього енергію. Це відбувається при куті нахилу бічних граней 10 до основи пірамід або конусів 68 ^o і вище. У разі, якщо бічні поверхні 10 гострих конструкцій 4 будуть виконані поглинаючими, практично повне перетворення падаючої сонячної енергії в таких конструкціях 4 в теплову енергію теплоносія відбудеться значно швидше, при цьому тепло через лицьове огорожу 3 передається до теплоносія.

Як гострих конструкцій 4 можуть бути використані багатогранні піраміди (трьох-, чотирьох-, п'яти-, шестигранні і т.д.), конуси, а й напівовалом, Параболоїд і т.п., що мають загальну опорну вершину.

Отримують такі гострі конструкції 3 за допомогою, наприклад, штампування пуансоном з необхідним малюнком матеріалу лицьового огорожі 3, виконаного, наприклад, з полімеру з присадками сажі (18-50 мас.%) Для додання поглинаючих властивостей.

При цьому за рахунок використання особового огорожі 3 у вигляді гострих конструкцій 4 різко зростає інтенсивність теплообміну в теплоприймача 2.

Нагрітий теплоносій надходить в систему опалення або гарячого водопостачання, омиваючи тил огорожу 5. Тепловий потік досягає гарячих спаїв 6 термоелементів 7 термоелектричної батареї, створюючи в них перепад температури. Виникає при цьому термо-ЕРС через електровиводів подається або в акумулятор для запасених електроенергії, наприклад, для освітлення в нічний час доби, або відразу на навантаження для виконання господарських потреб, наприклад, на насос для накачування води з колодязя для поливу.

Як термоелементів можуть бути використані напівпровідникові термоелектричні пари, складені в термоелектричний батарею, наприклад, в електричну схему ШЕ692-00-00 термоелектричного перетворювача ТЕП-60/40. Така термоелектричних батарея містить ряд послідовно включених термоелементів 7, кожен з яких складається з двох гілок з різним типом провідності.

Гілки термоелементів 7 в місцях їх з'єднання утворюють два ряди спаев. До гілкам термоелемента можуть бути паралельно приєднані резервують опору з опором в 5-10 разів більшим внутрішнього опору кожної з гілок, термоелементом термоелектричної батареї з ніхромового дроту діаметром 0,01-0,03 мм для збільшення надійності роботи термоелектричної батареї. Кількість таких термоелементів на досить обмеженій площі тильного огорожі 5 корпусу 1 може становити кілька сотень, забезпечуючи з'їм електроенергії силою струму 35 мА і напругою 13 В. Причому навіть при виході з ладу одночасно до 50 термоелементів при запропонованої конструкції термоелектричної батареї знімаються параметри складають J = 28 мА і U = 10,25 В, можуть використовуватися і плівкові термоелементи.

Для підвищення виходу термо-ЕРС холодні спаї 8 термоелементів 7, виведені на корпуса 1, охолоджуються, наприклад, природним конвективним теплообміном на повітрі або вимушеної вентиляцією повітря або контактують з охолоджуючим агентом 9, охолоджуючим холодні спаї 8. Як охолоджуючого агента 9 в контакті з холодними спаями 8 термоелементів 7 можуть бути використані, наприклад, сорочка холодного теплоносія, що надходить в теплообмінник 2 для нагріву в теплоприемник 2, або пристрій з рідиною, що випаровується типу губки, змоченою водою, що має постійно низьку температуру в порівнянні з навколишнім середовищем за рахунок відведення тепла від пристрою і, отже, від холодних спаїв 8, при випаровуванні рідини (принцип, який використовується в холодильних установках). Охолоджувальний пристрій періодично поповнюється запасом випаровується рідини. Можуть використовуватися й інші охолоджуючі агенти 9.

Слід і підкреслити, що інтенсивність теплообміну в теплоприймача 2 пристрої перетворення сонячної енергії, крім особливої ​​конструкції лицьового і тильного огорожі 4, 5 підвищується і в результаті того, що термоелементи 7, на відміну від фотоелементів по прототипу, не відбирають для себе частини сонячної енергії, а використовують теплову енергію теплоприемника.

Пристрій для перетворення сонячної енергії за другим варіантом працює наступним чином.

При попаданні сонячних променів в стільники у вигляді шестигранних призм 12 відбувається їх переотраженіе на відображають поверхнях 13 граней призм 12 в6ніз до поглинає підстави 14, на якому відбувається поглинання променевої енергії і її часткова передача теплоносія у вигляді перетвореної теплової енергії (фіг. 2). Інша частина променевої енергії поглинається у вигляді тепла на гарячих спаях 6 теплоелементов 7. При цьому нагрітий теплоносій надходить в системи опалення або гарячого водопостачання, а в термоелементах 7 термоелектричної батареї створюється перепад температури, в результаті чого утворюється термо-ЕРС, як описано в першому варіанті . Шестигранні призми 12-стільникової структури 11, як і в першому варіанті. загострені конструкції 4, виконують роль пасток променевої енергії сонця, близьких за властивостями до абсолютно чорного тіла. Слід зазначити перевагу остроконечнхи конструкцій 4 і стільникової структури 11, що полягає в тому, що сонячне випромінювання, що потрапило в них навіть під малим кутом, наприклад, при заході сонця, вже не зможе вийти назад, а буде перевідбивається вниз відповідною конструкцією 4 або призмою 12. Таким чином, за рахунок використання хвилястого, наприклад склепінчастою (напівциліндричної) форми, тильного огорожі 16 і стільникової структури 11 підвищується інтенсивність теплообміну в теплоприймача 2. Охолодження холодних спаїв 8 термоелементів 7 термоелектробатарей здійснюють аналогічним чином, описаним в першому варіанті.

Слід підкреслити, що в другому варіанті між гарячим і холодним спаями 6, 8 буде висока різниця температур, а отже, і більш висока термо-ЕРС, завдяки тому, що гарячі спаї 6 термоелементів 7 термоелектричної батареї отримують тепло як від сонячного випромінювання безпосередньо, так і від теплоносія через лицьове огорожу 15 в більш нагрітої частини теплоприемника 2 в порівнянні з частиною теплоприемника 2 у тильного огорожі, як за першим варіантом.

Відмінність варіантів пристрою для перетворення сонячної енергії полягає в тому, що за першим варіантом практично вся промениста енергія сонця, що падає на теплоприемник 2, передається теплоносію і лише від теплоносія до теплоелементов, а за другим варіантом частина теплової променевої енергії сонця передається і до теплоелементов, які отримують в цьому випадку значно більшу теплову енергію, ніж за першим варіантом, за рахунок сонця і за рахунок теплоносія від більш нагрітого особового огорожі 3. Іншими словами, в залежності від того, що більше потрібно - більш гаряча вода і меншу кількість електроенергії, що виробляється або менш гаряча вода і більшу кількість електроенергії, що виробляється, вибирається перший або другий варіант пристрою для перетворення сонячної енергії.

Однак і в першому варіанті пристрою для перетворення сонячної енергії, і в другому варіанті кількість вироблюваної електроенергії не менше, ніж від фотоелементів по прототипу, завдяки можливості практично необмеженої кількості їх розміщення (кілька сотень) як на тильному огорожі 5 (за першим варіантом), так і на особовому огорожі 15 на підставі кожного стільника (шестигранної призми) за другим варіантом. У той же час інтенсивність теплообміну в теплоприймача 2 за рахунок як конструктивних особливостей лицьових огороджень 3 і 15, так і за рахунок відбору частини сонячного випромінювання фотоелементами з більшою площею прийому (як в прототипі), підвищується не менше, ніж на 15%, забезпечуючи підвищення температури нагріву одиниці маси теплоносія в теплообміннику рівною продуктивності.

На підставі вищевикладеного заявлене пристрій для перетворення сонячної енергії забезпечує досягнення наступного технічного результату.

1. Підвищення ефективності пристрою шляхом підвищення інтенсивності теплообміну не менше, ніж на 15% при незменшення вироблення електроенергії завдяки виконанню особового огорожі у вигляді безлічі пустотілих гострих конструкцій з поглинає поверхнею або у вигляді стільникової структури з поглинає підставою, а й за рахунок того, що вся падаюча сонячна енергія передається теплоносію, а не забирається елементами для перетворення енергії.

2. Забезпечується підвищення температури теплоносія (води) для господарських і побутових потреб і, як наслідок, зменшення його витрат.

3. Забезпечується підвищене вироблення електроенергії (за другим варіантом) за рахунок більш високої різниці температур в термоелементах термоелектричної батареї завдяки нагріванню гарячих спаїв як сонячною енергією, так і теплоносієм через лицьове огорожу.

В даний час на підприємстві ДП "НВО Астрофізика" випущені конструкторська документація на пропонований пристрій для перетворення сонячної енергії, на підставі якої виготовлені модельні зразки варіантів пристрою і проведені попередні випробування.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Пристрій для перетворення сонячної енергії, що містить корпус, встановлені в ньому елементи перетворення енергії і теплоприемник з лицьовим хвилястим і тильним огорожами, що контактує з елементами для перетворення енергії, що відрізняється тим, що хвилястість особового огородження виконана у вигляді конструкцій, які формують порожнину гострої форми, спрямовані вершинами в тильну сторону, елементи для перетворення енергії виконані у вигляді термоелементів, термоелектрична батарея яких контактує з зовнішньою стороною тильного огорожі гарячими спаями, а холодні спаї виведені з корпусу.

2. Пристрій за п.1, що відрізняється тим, що бічні поверхні гострих конструкцій виконані поглинають.

3. Пристрій за пп.1 і 2, що відрізняється тим, що холодні спаї контактують з охолоджуючим агентом.

4. Пристрій за пп.1 - 3, що відрізняється тим, що гострі конструкції виконані у вигляді пірамід або конусів з нахилом бічних поверхонь до основи пірамід або конусів не нижче 68 ^o.

5. Пристрій для перетворення сонячної енергії, що містить корпус з хвилястою панеллю, встановлені в ньому елементи для перетворення сонячної енергії і теплоприемник з тильним хвилястим і лицьовим огорожами, останнє з яких контактує з елементами для перетворення енергії, що відрізняється тим, що хвиляста панель виконана у вигляді стільникової структури з загальним плоским підставою з лицьового огорожі, елементи для перетворення енергії виконані у вигляді термоелементів, гарячі спаї термоелектричної батареї яких закріплені на зовнішній поверхні основи відповідної стільники, а холодні спаї виведені з корпусу.

6. Пристрій за п.5, що відрізняється тим, що стільникова структура виконана у вигляді правильних прямих шестигранних призм з бічними відбивають світло і поглинає підставою.

7. Пристрій за пп.5 і 6, що відрізняється тим, що холодні спаї контактують з охолоджуючим агентом.

Версія для друку
Дата публікації 03.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів