Концентрирующая система солнечного излучения
Использование может быть использовано для солнечных энергетических установок. Сущность изобретения, концентрирующая система содержит первичный пэраболоцилиндрический концентратор К 1 и расположенный в его световом потоке вторичный преломляющий К 2, имеющий поверхность 3 выхода, прозрачную трубу 4, ось которой совпадает с фокальной линией К 1. К 2 выполнен в виде установленных внутри трубы 4 оптических структур 6, имеющих по высоте призматические участки, образующие с противоположной стенкой трубы 4 световодный канал 12, имеющий на торце поверхность выхода излучения При этом на поверхность 3 выхода излучения из системы концентрируется все излучение, приходящее на К 1. а в формировании концентрированного излучения участвует вся площадь К 1. Зил. .
(19) Щ (11) (52) 5 F24 J2 18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4867711/06 (22) 20.09.90 (46) 15.10.93 Бюп Ма 37-38 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (72) Стребков ДС. Тверьянович Э.В. (73) Всесоюзный научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (54) КОНЦЕНТРИРУЮЩАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (57) Использование: может быть использовано для солнечных энергетических установок Сущность изобретения: концентрирующая система содержит первичный параболоцилиндрический концентратор
К 1 и расположенный в его световом потоке вторичный преломляющий К 2, имеющий поверхность
3 выхода, прозрачную трубу 4, ось которой совпадает с фокальной линией К 1. К 2 выполнен в виде установленных внутри трубы 4 оптических структур
6, имеющих по высоте призматические участки, образующие с противоположной стенкой трубы 4 световодный канал 12, имеющий на торце поверхность выхода излучения При этом на поверхность 3 выхода излучения из системы концентрируется все излучение, приходящее на К 1, а в формировании концентрированного излучения участвует вся площадьК l. Зиа .
2001361
Изобретение относится к гелиоэнергемке, в частности к концентрирующим солнечное излучение системам для солнечных энергетических установок, Известна концентрирующая система солнечного излучения, содержащая первичный концентратор и расположенный в его световом потоке вторичный концентратор, выполненный в виде фоклина и имеющий поверхность выхода излучения из системы.
9 качестве первичного используются либо параболоцилиндрический отражатель.
Недостаток известного решения — недостаточно высокие степени концентрации, получаемые на поверхности выхода излучения, так как указанные системы создают концентрацию, пропорциональную отношению поперечного сечения первичного концентратора к поперечному сечению поверхности выхода излучения из вторичного концентратора, при этом длина поверхности выхода равна длине концентрирующей системы, Известна концентрирующая система солнечного излучения, содержащая первичный пэраболоцилиндрический концентратор и расположенный в его световом потоке вторичный преломляющий концентратор в виде цилиндрической линзы, имеющий поверхность выхода излучения в виде фокальной полосы.
Недостаток известного решения - невысокие степени концентрации излучения на поверхности выхода, тэк как в концентрации излучения участвуют только поперечные раз еры первичного и вторичного концентраторов и не участвует длина концентратора.
Целью изобретения является повышение концентрации на поверхности выхода, Цель достигается тем, что известная концентрирующая система солнечного излучения, содер>кэщэя первичный параболоцилиндрический концентратор и расположенный в его световом потоке вторичный преломляющий концентратор, дополнительно содержит прозрачную трубу, ось которой совпадает с фокальной линией первичного концентратора, вторичный концентратор выполнен в виде установленных внутри трубы вдоль ее образующей параллельных друг другу оптических структур, имеющих по высоте призматические участки с преломляющими углами, направленными в сторону фокальной линии первичного концентратора, труба со стороны, противоположной оптически л структурам, снабжена отрэжающи л слоем. образующим с оптическими структурами световодный ка5
40 нал, один иэ торцов которо о служит поверхностью выхода излучения.
Прозрачная труба, установленная в фокусе первичного пэраболоцилиндрического концентратора, и параллельные друг другу оптические структуры, установленные в трубе со стороны поступающего светового потока, обеспечивают поворот светового потока вдоль фокальной линии первичного концентратора. Это происходит потому, что оптические структуры имеют по высоте призматические участки с преломляющими углами, направленными в сторону фокальной линии первичного концентратора, Наличие отража зщего слоя на противоположной стороне прозрачной трубы способствует увеличению концентрации эа счет дополнительного переиэлучения светового потока в сторону поверхности выхода излучения в пределах световодного канала.
На фиг.1 показано поперечное сечение предложенной концентрирующей солнечное излучение системы с первичным концентратором в виде пара болоцилиндрического отражателя и вторичного концентратора, установленного в прозрачной трубе и выполH8HMolo на основе слоя последовательных преломляющих структур, здесь же показана схема прохождения лучей света; на фиг.2продольное сечение системы, изображенной на фиг.1; на фиг.3 - оптические структуры (узел.i на фиг.2), Кроме того, на фигурах указаны: D - -ширина поверхности, воспринимающей излучение первичного концентратора; d— диаметр пустотелого световодного канала;
imax u imlq - углы выхода излучения из слоя последовательных преломляющих структур;
L - длина концентрирующей системы; Гточка оптического фокуса первичного концентратора.
Концентрирующая система солнечного излучения содержит первичный параболоцилиндрический концентратор 1 (фиг. I) и расположенный в его световом потоке (указан стрелками) вторичный прело лляющий концентратор 2 (обведен штрихпунктирной линией), имеющий поверхность 3 выхода излучения, содержащий прозрачную трубу 4. ось которой совпадает с фокэльной линией
5 первичного концентратора 1. Вторичный концентратор 2 выполнен в виде установленных внутри трубы 4 вдоль ее образующей параллельных друг другу оптических структур 6, имеющих по высо в Н (фиг.2) призматические участки 7,8.9 «10 с преломляЮщими углами rl, (. ;, r. и i, .ë, направленными в сторону фп «л» .i пинии 5
2001361 первичнога концентратора 1, Труба 4 со стораны, врат«ваполажной оптическим струк1урэм 6, снабжена отражающим слоем 11, образующим с оптическими структурами 6 световой кэ44ал 12, один иэ торцов которого служ«т поверхностью 3 выхода излучения.
Концентрирующее солнечное излучение система работает следующим образом.
Вся система должна ориентироваться на положение солнца таким образом, чтобы солнечное излучение приходило ортогонально нэ воспринимающую солнечное излучение плоскость D первичного конце44тратора 1.
Солнечное излучение приходит на первичный концентратор 1 (фиг.1),например на пэраболоцилиндрический отражатель, отражается и направляется в точку оптического фокуса F, расположенную на фокальной линии 5 но, не дойдя до фокуса F, излучение попадает во вторичный концентратор 2, расположенный внутри прозрачной трубы
4, проходит слой оптических преломляющих структур 6 и выходит из них в пустотелый световодный канал 12 пад углами наклона max И Imlrl Р "-ТОРОНУ ПОВЕРХНОСТИ 3 ВЫХОДа излучения из системы. Необходимую траекторию луча в слое оптических структур
6 абеспеч«вает наличие по высоте Н призматических участков 7,8,9 и 10 с преломляющ«ми углами al, m, с!з и направленными в сторону фокальной линии
5 nepk4« llloro концентратора 1. В световоднам канале 12 лучи, пройдя через оптический фокус Г ка44центратарэ 1, отразятся от отражающего псгрытия 11 и затем попадут на поверхность . выхода излучения из системы, рэспаложг ннай на торце световаднаго канала 12.
Т-..;,",;,брэза л на паверх44ость 3 выхода
11BJIy 4ения из с 1стемы ко44це>4трируется все излуче44«е, приходящее на первичный конце44трэтор 1, llpll зто л в формировании Kok4
k4eIITpiIpoI:aIIk Канне«1рац«я излучения в рассматриваа41ам случэ» опаеделяется следу4ощим образам: гК1К2 0,252! с1.ветапрапускание системы; К1 - концентрация первичного концент1 lтс-! 1 Г2 а I(. I 4 pëll«II создаваемая вторич T р.-4 T o p rk M «ц .« 44 све4опрапускания Toll, °;r! г.- T = RI R2 Т1 Т2 где Rl,R2 - коэффициенты отрэже44ия первичного отражателя и слоя 11; 5 т1 - коэффициент светопропускания вторичного концентратора; т2- коэффициент пропуска««я прозрачной трубы, Пример выполнения системы. 10 Принимаем О - 5 м; d = 0,5 м; I»x = 4; R1 = Р2 = 0,9. Светопропускание прозрачной трубы т2» 0,96 = 0,92. Светопропускание четырех оптических структур 6 T > = 0,98 = 0,85. Длина системы определяется по длине световодного канала с учетом отражения луча с углом выхода Imax 20 L» 2d 0!9 Imax» 14,3 м (3) Общая площадь концентратора S = DL = »71,3 м, Общее светопропускание системы по (2) 25 T= 0,9х 0,9 х0,85х 0,92 = 0 63, On ределяем Kl = — = 10. d 30 (a) Определяем К по (1) K= т,»0,63x363»228. LD 0,252г d2(56) Баранов В,К. Параболоторическ« ° кон как вторичный концентратор солнечной энергии. - Гелиотехника, 1977, N 5, с 18-25, Патент СССР % 4771, кл, F 24 i 2/18 1 426. Концентрация предлагаемой концентрирующей системы по (1) - 228, т.е. использован«е вторичного концентратора по 40 предлагаемому варианту в 22,8 раза (учитывая, чга К1 = 10) повышает концентрацию излуче41èÿ нэ поверхности pllõoäà из с«стемы. Технико-экономические преимущества использования предлагаемого изобретения 4э состоят в том, что увеличение концентрации в солнечных установках в случае использования теплоносителей (пар, жидкая среда) позволяет повысить температуру теплоносителя и тем самым КПД его преабрэзова50 ния, э в случае, использования прямых преобразователей энергии (термаэлементов и фотоэлементов) - уменьшить площадь преобразователей, уменьшить «х стоимость, поднять КПД преобразования. 2001361 ЩгИ Составитель Э.Тверьянович Техред М.Моргентал Корректор М. Куль Редак<ор Л.Волкова Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Заказ 3125 Г1ооиэнодственно-иэдательский комбинат "Патент", г, Уж<о юл. y < 1 л«0<<><;<, 101 Формула изобретения КОНЦЕНТРИРУЮЩАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУчения. содержащая первичный параболоцилиндрический концентратор и расположенный в его световом потоке 5 вторичный прел омляющий концентратор, имеющрй поверхность выхода излучения, отличающаяся тем. что. с целью повышения концентрации излучения на поверхности выхода, система дополнительно 10 содержит прозрачную трубу, ось которой совпадает с фокальной линией первичного ,концентратора, вторичный концентратор выполнен в виде установленных в трубе вдоль ее образующей параллельных одна другой оптических структур, имеющих по высоте призматические участки с преломляющими углами, направленными в сторону фокальной линии первичного концентратора. труба со стороны, противоположной оптическим структурам, снабжена отражающим слоем, образующим с оптическими структурами световодный канал, один из торцов которого служит поверхностью выхода излучения.
