Устройство сбора лучистой энергии - RU2109227C1
Код документа: RU2109227C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к устройству сбора энергии излучения и конкретно к устройству сбора солнечной энергии, средствам, способствующим, ориентации такого устройства на солнце, средствам защиты вышеупомянутого устройства в условиях неблагоприятной погоды и средствам стабилизации вышеупомянутого устройства.
Прежде чем утилизировать солнечную энергию для получения тепла или производства электричества, обычно необходимо сконцентрировать солнечное излучение для получения более высоких температур в среде носителя и переноса энергии.
Известны различные методы, применяемые для концентрирования солнечной радиации. В одном из методов используется круглое зеркало параболического профиля, причем центральная линия параболического зеркала направляется на солнце. Для обеспечения постоянного движения, необходимом для того, чтобы следовать дуге перемещения солнца по небу, параболическое зеркало должно быть соответствующим образом установлено.
Кроме того, центровка дуги передвижения солнца по небу будет изменяться день ото дня, поскольку склонение солнца изменяется от летнего солнцестояния до зимнего солнцестояния. Для удовлетворения этих требований требуются сложные механизмы.
В соответствии с вышеупомянутым методом солнечная энергия концентрируется в небольшой одинарной точке фокуса, где установлен соответствующий абсорбер тепла, и осуществить перенос этой энергии на пункт утилизации довольно затруднительно.
В соответствии с еще одной системой на солнце нацеливаются удлиненные параллельные зеркальные желоба с параболическим поперечным сечением. В этом случае концентрирование происходит на линейном фокусе, параллельном линиям ориентации собирающих желобов. Зеркальные желоба представляют собой монолитные параболические зеркала или зеркала, составленные из множества зеркальных элементов. В обоих случаях, с точки зрения фокусировки и эффективности работы, важно обеспечить такую установку монолитных и сегметированных зеркал, чтобы зеркала не выходили за пределы центрировки с коллекторами, которые расположены на линейном фокусе параболического желоба. Для достижения этой цели обычно необходимы большие и четко оформленные структуры.
Собирающие желоба могут быть ориентированы в направлении Север-Юг, и их установка должна обеспечить слежение за передвижением солнца в течение всего дня.
Для выполнения этого требования также необходимы сложные механизмы.
Далее, солнечную энергию обычно собирают в трубе, содержащей соответствующую жидкость, абсорбирующую тепло, при этом труба устанавливается на линейном фокусе параболических отражательных желобов.
В собирающей системе желобов последние могут быть также ориентированы в направлении Восток-Запад. В этом случае необходимо совмещать желоба с линией дуги перемещения солнца ежедневно, чтобы вносить изменения на склонение. Чтобы обеспечить такое совмещение, также необходимы сложные механизмы.
При установке параболических отражательных желобов как по конфигурации Север-Юг, так и Восток-Запад юстировка желобов с целью поддержания точной фокусировки на солнце осуществляется путем закрепления зеркальных желобов на оси, параллельной линейному фокусу, с помощью шарнирных сочленений и обычно требует множество вращающихся подшипников и вспомогательных структур.
Отражательные поверхности устройства сбора солнечной энергии обычно необходимо также защитить от такого явления природы, как град. Это часто достигается использованием высокопрочного желобчатого стекла для изготовления отражательных зеркал. Кроме того, в качестве меры защиты зеркальные поверхности нередко нуждаются в изменении позиции по отношению к встречному граду.
Цель настоящего изобретения - устранить или в значительной степени ослабить проявление одного или нескольких из упомянутых недостатков.
С одной стороны, настоящее изобретение представлено устройством сбора лучистой энергии, включающим резервуар жидкости, платформу, плавающую на поверхности жидкости в вышеупомянутом резервуаре жидкости, привод для поддержания платформы в вертикальном положении с помощью шарнирного почленения, коллекторы энергии излучения, закрепленные на платформе, и концентраторы для направления энергии излучения на коллекторы энергии излучения. Желательно, чтобы коллекторы энергии излучения имели удлиненную форму и располагались перпендикулярно вертикальной оси шарнирного сочленения.
Предпочтительно, чтобы резервуар жидкости представлял собой специально построенный резервуар, такой как контейнер-накопитель, или запруда, содержащая жидкость, такую как вода. В качестве альтернативы жидкость может обозначать воду в реке или океане. Таким образом, термин "резервуар жидкости" использованный в данном описании, включает любое из устройств, описанных выше, причем термин "резервуар" включает естественные и специально построенные контейнеры для жидкостей.
Еще одна сторона настоящего изобретения. Когда платформа находится на плаву в жидкости, по меньшей мере, концентраторы могут быть избирательно погружены в воду ниже поверхности жидкости для защиты их от воздействия условий неблагоприятной погоды, таких как сильный ветер, град или проливной дождь. В одном случае при осуществлении настоящего изобретения под платформой создается область низкого давления для удержания платформы от выталкивающей силы жидкости снизу. В другом случае осуществления настоящего изобретения платформа оборудуется дополнительными средствами повышения плавучести или плавающими конструкциями, с тем чтобы при погружении платформы затоплением она продолжала занимать динамически устойчивое погруженное положение без чрезмерных деформаций или опрокидывания.
Еще одна сторона настоящего изобретения. Плавающие конструкции закрепляются для поддержания платформы в том случае, когда отражатели погружаются ниже уровня жидкости, и где плавучесть плавающих конструкций на единицу высоты возрастает от низа до верха плавающих конструкций.
И еще одна сторона настоящего изобретения. Устройство собирает солнечную энергию, а привод или шарнирное сочленение обеспечивают поворот платформы для отслеживания движения солнца.
И все-таки еще одна сторона настоящего изобретения. Концентраторы представляют собой множество параллельных и удлиненных отражателей, закрепленных на платформе, где каждый отражатель является параболическим зеркалом и концентрирует солнечную энергию на горизонтально расположенном линейном фокусе, а коллекторы энергии устанавливаются на линейных фокусах отражателей.
Желательно, чтобы каждый параболический отражатель изготовлялся из большого числа параллельно расположенных удлиненных отражательных элементов, таких как зеркала, имеющих плоскостное или дугообразное поперечное сечение. В тех случаях, когда платформа устанавливается на поверхности водоема, предпочтительно, чтобы для ее изготовления использовался упругий плавучий материал, который соответствовал плоской поверхности жидкости, составляющей базовую плоскость для фокусировки отражателей на свои коллекторы.
Еще одна сторона настоящего изобретения. Крыльчатки нагнетания жидкости располагаются в резервуаре под платформой и сообщаются с отверстиями платформы для перекачки жидкости на платформу и позицию отражателей.
И еще одна сторона настоящего изобретения. Противодействующие крыльчатки жидкости взаимодействуют с каждой крыльчаткой нагнетания жидкости, причем противодействующие крыльчатки работают совместно с крыльчатками нагнетания для подачи жидкости в направлении, противоположном работе крыльчаток нагнетания. При этом дефлекторы располагаются между крыльчатками нагнетания и противодействующими крыльчатками.
И все-таки еще одна сторона настоящего изобретения. Короб взаимодействует с одной или обеими крыльчатками и имеет конфигурацию, позволяющую направлять жидкость, находящуюся около одной или обеих крыльчаток, в вертикальном направлении и направлять жидкость с другого конца, по меньшей мере, частично в горизонтальном положении.
Целью настоящего изобретения является представление устройства сбора лучистой энергии, которое может быть легко и недорого изготовлено и внедрено на практике.
Еще одной предпочтительной целью настоящего изобретения является представления устройства сбора лучистой энергии, в котором концентраторы могут поддерживаться в съюстированном состоянии с их взаимодействующими коллекторами.
Еще одной предпочтительной целью настоящего изобретения является представление устройства сбора лучистой энергии, в котором солнечные концентраторы могут легко поддерживаться в съюстированном состоянии с солнцем.
И еще одной предпочтительной целью настоящего изобретения является представление устройства сбора лучистой энергии, которое может быть очень просто защищено в неблагоприятных погодных условиях.
И все-таки еще одной предпочтительной целью настоящего изобретения является представление устройства сбора лучистой энергии, которое может быть просто и легко собрано для проведения сбора энергии излучения на больших площадях.
Еще одной предпочтительной целью настоящего исследования является представление недорогого устройства сбора лучистой энергии, которое защищено от разрушений и снижения работоспособности, могущего быть результатом чрезмерной деформации.
Пример предпочтительного осуществления изобретения рассматривается со ссылками на представленные в описании чертежи.
На фиг. 1 представлен вид сверху одного варианта устройства сбора солнечной энергии, выполненного в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 приведена принципиальная схема устройства с деталями системы управления передвижением устройства, вид сверху; на фиг. 3 представлен разрез устройства по линии A-A (см. фиг. 2); на фиг. 4 представлен вид сверху одной системы концентрирующих зеркал для использования в устройстве; на фиг. 5 приведен вид с торца системы, представленной на фиг. 4; на фиг. 6 приведен вид сбоку системы, представленной на фиг. 4 и 5; на фиг. 7 представлен вид сверху опорной системы плавучести для платформы; на фиг. 8 представлен вид в разрезе платформы в погруженном состоянии по линии B-B (см. фиг. 7); на фиг. 9 представлен вид сверху одной большой фундаментальной системы для десяти индивидуальных параллельно расположенных зеркальных систем, в которых для удобства опущены изображения отдельных зеркал и верхних структур; на фиг. 10 представлен вид в разрезе фундаментальной системы по линиям C-C (см. фиг. 9 и 11); на фиг. 11 представлен частичный вид сверху системы фундамента и зеркал, показанной на фиг. 9, а общего вида по линии C-C (см. фиг. 9); на фиг. 12 представлен вид сбоку узла водяной крыльчатки, выполненной в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 13 представлен частичный вид сверху систем фундамента и зеркал, включая узел крыльчатки (см. фиг. 12); на фиг. 14а, б, с - представлены виды с торца, сбоку и снизу соответственно одного из плавающих блоков, показанных на фиг. 10.
На фиг.1, 2, 3 показано устройство 10 сбора солнечной энергии в соответствии с одним вариантом предпочтительного осуществления настоящего изобретения, включающим круглый водяной контейнер или резервуар 11, каковым может быть, например, пруд, или запруда, или специально изготовленный контейнер с наружной стенкой 12, удерживающей воду в контейнере 11. Платформа 13 устанавливается в контейнере 11 с таким расчетом, чтобы она могла плавать на поверхности воды 14 при заглублении, соответствующем поз.15. Платформа 13 может быть изготовлена из плавучего материала, такого как пенопласт, или слой такого материала может быть прикреплен к платформе. В качестве альтернативы платформа 13 может удерживаться на плаву с помощью герметичных воздушных емкостей или других средств, обеспечивающих ее плавучесть.
Обод 16 закрепляется на платформе или является ее неотъемлемой частью, образуя водонепроницаемую юбку по наружному диаметру платформы 13, причем обод 16 спускается ниже нижней поверхности платформы 13.
Как видно из фиг. 2 и 3, в основании 18 контейнера 11 имеется бесконечная кольцевая траншея 17. Наружный диаметр траншеи 17 меньше, чем диаметр обода 16. В результате образуется перемычка, на которую опирается обод 16, когда вода удаляется из контейнера 11.
Для обеспечения относительного положения платформы 13 по внутреннему диаметру стенки 12 контейнера установлены направляющие ролики 20, опирающиеся на обод 16. Один или несколько роликов 20 могут быть оборудованы приводом от электродвигателя для вращения платформы 13 при центровке устройства 10 сбора солнечной энергии и солнца.
Для перекачки воды из-под платформы 13 на платформу 13 предусматривается одна или несколько отводных труб 21, которые подсоединены к соответствующим компонентам насосно-клапанного узла 22. Перекачка воды осуществляется через отводы 24. Вода может быть также направлена во вспомогательный водоем по трубам 23. Регулировка скорости потока и управление линиями перекачки осуществляются с помощью насосно-клапанного узла 22. В основании 18 контейнера 11 также имеется углубление 25, которое сообщается и с насосно-клапанным узлом 22 через трубу 26.
На платформе 13 установлено множество солнечных концентраторов 27, расположенных рядами, как это показано на фиг. 1, при этом каждый концентратор имеет, как это четко показано на фиг. 4 и 5, ряд параллельных зеркал 28 дугообразной, плоской или изогнутой под углом форм, образующих одно большое удлиненное параболическое зеркало. Расположение этих зеркал 28 обеспечивает фокусировку солнечного света на подвешенную вверху трубу 29 коллектора энергии (предпочтительно черного цвета), причем труба 29 коллектора монтируется на соответствующей раме 30 треугольного профиля выше зеркал 28.
Коллекторные трубы 29 соответствующим образом соединяются для сбора тепловой энергии и ее последующей утилизации в торговле известными способами, например, путем подачи энергии на тепловую электростанцию. Для этого коллекторы трубы 29 могут переносить теплоноситель или энергоноситель, такой как теплоабсорбирующая нефть. Коллекторные трубы 29 соответствующих концентраторов 27 могут соединяться, например, в приемном коллекторе, и нагретый носитель, перенесенный по трубам 29, может использоваться для производства пара. В качестве альтернативы теплоноситель для коллекторных труб может циркулировать в закрытой системе, и для экстрагирования тепла из носителя могут быть использованы теплообменники.
Чтобы компенсировать незначительные ошибки в центровке концентрирующих зеркал 28, поверх коллекторной трубы 29 устанавливается дугообразный отражатель 31, выступающий в качестве невизуализирующего оптического концентратора.
Для улучшения сбора тепла с элементов рамы 30 и с других компонентов структуры, которые могут перехватывать лучистую энергию, которая в других случаях попала бы на концентрирующие зеркала 28, зеркальные или отражательные поверхности 32 (см. фиг. 6) прикрепляются к таким компонентам или могут составлять их часть, при этом поверхности 32 устанавливаются, по существу, под углом 90o линейному фокусу зеркал 28, чтобы оттуда направить отражение лучистой энергии солнца на зеркала 28 и, следовательно, сфокусировать ее на коллекторной трубе 29 или на отражателе 31, как показано стрелками на фиг. 6.
Платформа 13 в соответствии с ее предпочтительным вариантом изготовляется из упругого плавучего материала, такого как облегченный тонкий пенопласт.
Будучи на плаву, платформа 13 будет сохранять плоскостность своей опоры благодаря упругости и соответствию плоскостной поверхности жидкости, на поверхности которой она плавает.
Так, концентрирующие зеркала 28 будут сохранять правильно сфокусированное или в значительной степени сфокусированное положение по отношению к взаимодействующим коллекторным трубам 29. Любое движение, вызванное, скажем, движением волны, приведет к соответствующему движению коллекторных труб 29, поэтому они остаются в фокусе или практически в фокусе взаимодействующих зеркал 29. Использование облегченного упругого плавучего материала для изготовления платформы 13 значительно сокращает стоимость системы и в то же время сохраняется центровка зеркал со своими коллекторами.
Как было заявлено выше, чтобы осуществить вращение платформы, один или несколько роликов 20 могут быть приведены в движение с помощью электродвигателя.
Для этой цели один из роликов 20' можно соединить через ремень 33 с приводным роликом 34, который вращается сервомотором или другим исполнительным механизмом 35. Работа сервомотора 35 контролируется следящим устройством 36 любого известного типа, такого как устройство, в котором использованы фототранзисторы или другие светочувствительные средства и элемент темной коррекции, который создает темное пятно у светочувствительных средств в соответствии с их центровкой с солнцем. Конечно, для контроля и приведения в движение платформы 13 в ответ на перемещение солнца могут быть использованы многие другие альтернативные приводы, например синхронизирующая система.
Во время работы, когда солнце восходит на Востоке, следящее устройство 36 приводит плавучую платформу 13 в движение через сервомотор или другие исполнительные механизмы 35, приводной шкиф 34, ремень 33 и колесо 20' для того, чтобы ориентировать продольные оси концентраторов 27 на меридиан солнца по долготе у горизонта. Так, продольные оси концентраторов 27 находятся в вертикальных плоскостях, которые проходят через солнце. По мере того как солнце пересекает дугу, происходящее изменение меридиана по долготе у горизонта будет отслеживаться концентраторами, при этом платформа 13 плавает на поверхности жидкости 14 в контейнере 11 с установленными на ней концентраторами 27. Необходимый поворот концентраторов 27 осуществляют их приводы, в результате продольные оси концентраторов 27 остаются совмещенными с солнцем. Так, в любое время, когда солнце находится высоко в небе, устройство 10 сбора энергии излучения подвержено максимальному облучению лучистой энергией солнца. В это время происходит максимальный сбор энергии. Применение плавающей платформы 13 позволяет осуществлять простые и удобные передвижения устройства 10 для обеспечения центровки концентраторов 27 с солнцем и поддержания ее.
В случае выпадения града или проявления других разрушительных сил природы включается насос 22 и производится откачка воды из контейнера 11 в пруд-накопитель с высокой объемной скоростью. В результате платформа 13 опускается. Донная часть юбки или обод 16 оседает на перемычку 19 основания контейнера 11, обеспечивая плотную посадку. Затем под всей платформой отмечается незначительное снижение давления, при котором происходит нагнетание воды через трубу 24 на наружную поверхность платформы 13. Под платформой 13 поддерживается достаточно низкое давление, препятствующее всплытию платформы 13. При этом через трубу 24 происходит нагнетание воды, слой которой покрывает платформу 13 взаимодействующие солнечные концентраторы 27 и препятствует нанесению повреждений.
В качестве альтернативы для поддержания платформы 13 в погруженном состоянии можно использовать механические средства, а не только полагаться на снижение давления под платформой 13. Например, после завершения погружения платформы и солнечных концентраторов 27 под воду и после обеспечения защиты отражательных поверхностей или зеркал 28 концентраторов 27 можно использовать для внутреннего крепления штыри или элементы, предусмотренные на наружной стенке 12 контейнера 11, которые следует нарастить. Для всплытия платформы 13 штыри и элементы следует вынуть. Еще одной альтернативой может быть оборудование платформы одной или несколькими воздушными камерами или резервуарами, которые при затоплении платформы заполняются водой, а при необходимости всплытия и обеспечения плавучести вода замещается воздухом. Через трубу 26 вода может быть закачена обратно в углубление 25 контейнера 11. Это является средством оперативной гибкости, поскольку перекачка воды в углубление 25, расположенное в центральной части под платформой 13, приподнимает и удерживает в этом состоянии центральную часть платформы 13 и тем самым обеспечивает эффективный и быстрый дренаж и сток воды в случае реэкспозиции концентраторов 17 к солнцу.
На фиг. 7 и 8 приведена система, поддерживающая плавучесть платформы 13, когда последняя установлена в таком большом водоеме, как озеро, залив, река и им подобные, при этом на платформе находится множество концентраторов 27, установленных рядами. Полностью показан только один из них. Платформа 13 в данном варианте осуществления изобретения имеет по своей периферии бортик 37, по верхнему срезу которого установлен плавучий элемент или, в качестве альтернативы, несколько плавучих элементов. В данном варианте осуществления изобретения плавучий элемент 38 представляет собой кольцо, изготовляемое из пенопласта и устанавливаемое под бортик 37. Другие плавучие элементы могут взаимодействовать с параболическими концентраторами 27 и могут располагаться в центральной, обычно затененной, части концентраторов 27. Желательно, чтобы плавучие элементы 39 устанавливались на стержнях 40 и на некотором расстоянии от зеркал 28 концентраторов. Предпочтительно, чтобы плавучие элементы 39 представляли собой удлиненные куски пенопласта, а стержни служили бы надежной опорой для элементов 39. В качестве альтернативы вместо стержней 40 могут быть использованы короткие отрезки проволоки или другие гибкие крепежные средства.
В тех случаях, когда желательно произвести более глубокое погружение платформы 13, как это показано на фиг. 8, скажем в условиях неблагоприятной погоды, вода просто нагнетается на поверхность платформы с помощью любых подходящих средств, таких как обычный насос. В качестве альтернативы на платформе 13 может быть установлен один или несколько узлов 41 нагнетания и дренажа воды, как показано на фиг. 8. Для каждого узла предусматривается отверстие 42 в платформе, расположенное соосно с кольцевой юбкой 43, которая доходит до нижней поверхности платформы 13. В пределах юбки 43 в погруженном состоянии в жидкости расположена крыльчатка 44, соединенная с приводным электродвигателем 45, закрепляемым любым приемлемым способом, например с помощью подставки на верхней поверхности платформы 13.
Когда электродвигатель 46 работает в одном направлении, нагнетание воды на палубу осуществляется из-под платформы 13 через юбку 43 и отверстие 42. При осуществлении дренажа воды с платформы 13 электродвигатель 45 работает в противоположном направлении для реверсирования вращения крыльчатки 44 и откачки воды через отверстие 42.
Вода, нагнетаемая на платформу 13, будет удерживаться там бортиком 37 для того, чтобы обеспечить погружение платформы 13. Если платформа 13 начнет погружаться краями, то края будут удерживаться от погружения плавучим элементом 38 бортика. Для погружения концентраторов 27 можно продолжать нагнетание воды на платформу 13 до тех пор, пока не будет достигнуто динамически устойчивое равновесие участков платформы 13 между бортиком 37 и поддерживаемыми плавучими элементами 39. Платформа 13 вновь всплывет на поверхность для экспозиции концентраторов 27 к солнцу, после того как будет удалена вода, удерживаемая бортиком 37.
На фиг. 9 представлен вид сверху альтернативного варианта изобретения, представляющего собой типовой фундамент, на котором опущены множество отдельно отражательных зеркал, подвесные системы сбора солнечной энергии и их крепления. Эти элементы показаны на фиг. 10, на котором изображен плавучий фундамент 52 с желобками и срезами 53, сделанными с изменяющимися углами и на которых закреплены плоские зеркала 54.
Зеркала 54 и их сопутствующие желобки расположены под углом, обеспечивающим концентрирование лучистой энергии 55 (типичный солнечный свет) на трубе 56 сбора солнечной энергии. Далее, если центровка зеркал 54 будет несколько нарушена, солнечные лучи 55 будут попадать на отражательный экран 57 и вновь направляться на трубу 56 сбора энергии.
Труба 56 сбора солнечной энергии и отражательный экран 57 устанавливаются на соответствующей раме 58, которая, в свою очередь, монтируется непосредственно на фундаменте 52. В качестве альтернативы рама 58 может быть установлена на плавающих блоках 59, которые сами устанавливаются на фундаменте 52.
В нормальных условиях работы фундамент 52 должен находиться на плаву в резервуаре при уровне заглубления, соответствующем поз. 61. (Конечно, в качестве резервуара может быть использован любой подходящий водоем, будь то искусственное водохранилище, естественный залив, эстуарий или пруд.).
Если погодные условия указывают на то, что зеркала 54 следует защитить от возможного разрушения градом, воду из резервуара перекачивают с помощью соответствующих средств на палубу плавающего фундамента 52.
По наружному диаметру (или по наружному краю устройства, если оно не имеет кольцевой формы) крепится небольшая стенка, называемая плавающим блоком 59, изготовляемая из подходящего плавучего материала, такого как пенопласт. Плавающий блок 59 может составлять часть фундамента 52. По всей длине фундамента 52 также устанавливаются и надежно крепятся дополнительные продольные плавающие блоки 60. Эти плавающие блоки 60, как четко показано на фиг. 14 а, б, с, в своей нижней поверхности имеют вырезы или пазы 63 (также см. фиг. 11).
Далее следует иметь в виду, что хотя сам по себе фундамент может быть унитарным, в соответствии с настоящим изобретением возможно изготовление крупных фундаментов 52 путем скрепления длинных параллельных индивидуальных структур фундамента любым приемлемым способом, как это показано, например, на фиг. 10, поз. 64.
Крыльчатки 65 и 66 размещены в пределах общей площади фундамента 52 и крепятся черев платформу 52 рядом с отверстиями 70, оборудованными коробами.
Крыльчатки установлены на приводном валу 67, который приводится в движение соответствующим электродвигателем 68, закрепленным соответствующим образом на фундаменте 52, например, с помощью кронштейна 69 (см. фиг. 12 и 13).
Предпочтительно, чтобы лопасти верхней крыльчатки 65 и нижних крыльчаток 66 имели оппозитный шаг в целях, которые будут объяснены позже.
Отверстия 70 расположены в основании фундамента 52 для нагнетания воды из-под фундамента 52 на палубу фундамента 52 и наоборот. В варианте предпочтительного осуществления изобретения, представленном на фиг. 12, весь фундамент 52 изготовлен из достаточно плавучего материла, так что он будет поддерживать все устройство с зеркалами 54 выше уровня воды в водоеме. Поэтому отверстия 70 могут быть открытыми, как показано.
В качестве альтернативы, если фундамент 52 нуждается в дополнительной плавучести, чтобы обеспечивать нахождение зеркал 54 выше уровня воды в нормальных условиях работы, конфигурация фундамента 52 может напоминать форму лодки с наружным бортиком, заключающим в себе объем, который будет вытеснять достаточно жидкости, чтобы уровень воды вокруг фундамента не поднялся выше верхней точки бортика (и таким образом, зеркала 34 не будут покрыты жидкостью, даже если бы они располагались на более низком уровне, чем уровень жидкости вокруг фундамента). При этом альтернативном варианте осуществления изобретения предпочтительно, чтобы в нормальных условиях работы отверстия были закрыты. Это можно было бы обеспечить, разработав систему соответствующих регулируемых клапанов для открытия и закрытия отверстий в случае необходимости во время работы. Для обеспечения направленного движения потока воды может быть также использован дополнительный кожух или короб 71, при этом короб устанавливается посередине между крыльчатками 65 и 66. Желательно, чтобы еще один короб 72 находился рядом с одной или несколькими нижними крыльчатками 66, этот короб 72 устанавливается таким образом, чтобы направлять вертикальный поток воды в крыльчатку 66 с последующим выходом в горизонтальном направлении для контролируемого передвижения фундамента 52. Подобный контроль может быть осуществлен предоставлением одной направляющей системы 72 короба, которая может быть использована для селективного управления, в качестве альтернативы реализация управления может быть решена путем предоставления системы с несколькими крыльчатками 66, каждая из которых имеет строго определенное управление, причем направленное передвижение осуществляется лишь за счет работы отобранных крыльчаток.
Конечно, предоставление внешнего привода для фундамента 52 находилось бы в пределах, по меньшей мере, еще одной стороны настоящего изобретения. Например, если бы фундамент 52 находился в водоеме, где он мог бы быть надежно установлен у берега водоема, движение фундамента 52 в ответ на передвижение солнца могло бы быть осуществлено с помощью соответствующего привода с берега водоема и использования фундамента так, как это было описано на примере осуществления изобретения (фиг. 2 и 3).
Таким образом, работа вышеописанного варианта предпочтительного осуществления изобретения протекает следующим образом.
В условиях нормальной эксплуатации, когда зеркала 54 направлены на солнце, относительный уровень воды между фундаментом 52 и резервуаром, в котором находится на плаву фундамент 52, соответствовал бы уровню, представленному на поз. 61. Как описано ранее, ориентация фундамента 52 может осуществляться соответствующим образом в ответ на позицию солнца с помощью короба 72.
Если бы погодные условия указывали на возможность разрушения зеркал 54 такими явлениями, как град, тогда следовало бы запустить электродвигатели 68 для нагнетания воды из резервуара через отверстия 70 на верхнюю поверхность фундамента 52.
Вода имеет естественную тенденцию скапливаться на особых участках, поэтому фундамент 52 был бы погружен в воду в большей степени в районе расположения отверстий 70, при этом зеркала 54 все еще находились бы на других, более высоких участках, подверженных воздействию погодных условий. Однако конструкция плавающих блоков 59, 60 такова, что они обычно имеют коническую форму от узкого основания к более широкой верхней части. Такая конусообразная конфигурация вынуждает воду на любом конкретном участке равномерно распределяться по поверхности фундамента и обеспечивает покрытие всех зеркал 54 ровным толстым слоем защитной воды. Так все зеркала 54 были бы надежно защищены водой при том уровне, который показан на поз. 62 фиг. 10. Действительно, конусообразная конфигурация плавающих блоков 59, 60 обеспечивает поддержание в процессе затопления равную и устойчивую толщину водного слоя. (Далее, равномерное затопление водой всего фундамента 52 обеспечивается отверстиями 63, предусмотренными на нижней поверхности плавающих блоков 59, 60, отверстия 63 способствуют циркуляции закачиваемой на фундамент 52 воды по всему фундаменту 52.).
Однако следует также иметь в виду, что в качестве альтернативы плавающие блоки 59, 60 могли бы обеспечить поддержание желаемой градуированной плавучести, имея ступенчатую форму, а не сплошную конусообразную лишь с одной стороны. Однако при такой конфигурации крайне желательно, чтобы площади горизонтального поперечного сечения плавающих блоков были бы одинаковы для всех блоков на любом конкретном удалении от фундамента 52.
В течение всего периода риска для зеркал 54, электродвигателю 68 пришлось бы работать на достаточно высокой скорости, чтобы верхние крыльчатки 65 могли поддерживать необходимый защитный уровень поз.62 слоя воды поверх зеркал 54.
По окончании периода риска для зеркал 54 электродвигатель 68 может быть выключен. Благодаря естественной плавучести фундамента 52 остановка работы крыльчатки 65 позволит воде быстро начать обратный сток через отверстия 70 так, что фундамент 52 в конце концов сам всплывет вместе с открытыми зеркалами 54, готовыми к передаче солнечной энергии на трубу 56 сбора энергии. Далее, в варианте предпочтительного осуществления изобретения крепление отдельных секций, составляющих фундамент 52 (как показано на поз.64), в целом таково, что через такое соединение также возможен сток воды (хотя такая утечка должна быть сведена к минимуму, поскольку крыльчатки 65 должны поддерживать необходимый уровень поз. 62 во время неблагоприятной погоды, когда зеркала 54 нуждаются в защите). Конечно, следует также оценить и тот факт, что работа плавающих блоков 59, 60, связанная с поддержанием необходимого уровня воды на фундаменте 52, будет в дальнейшем затруднять высвобождение водяных карманов на фундаменте 52 и тем самым снижать эффективную работу устройства.
Конечно, чтобы ускорить процесс всплытия, электродвигатель 68 можно было бы перевести на режим реверсирования для того, чтобы крыльчатка 65 направила бы поток воды в водоем через отверстия 70. Такую операцию можно было бы использовать и в случае применения альтернативного варианта осуществления настоящего изобретения (то есть там, где фундамент имеет форму лодки), где крыльчатка 65, таким образом, выполняла бы функцию откачивающего насоса при удалении воды с фундамента.
Во время работы крыльчаток 65 поток воды, поднимающийся вверх через отверстия 70, может иметь тенденцию осуществлять местное погружение фундамента на участке, прилегающем к отверстиям 70 и крыльчаткам 65. Однако оппозитный шаг других крыльчаток 66, вращающихся на том же самом приводном валу 17, воспрепятствует этому действию путем создания противодействующей выталкивающей силы. Подбирая соответствующим образом относительный шаг и площадь лопастей взаимодействующих крыльчаток 65, 66, фундамент 52 может надежно поддерживаться в горизонтальном положении, несмотря на действие сил, возникающих при перекачке жидкости на фундамент во время неблагоприятной погоды.
Конечно, если для удаления воды с фундамента 52 после окончания периода неблагоприятных погодных условий желательно использовать оппозитное вращение крыльчаток 65, 66, то следует иметь в виду, что вертикальные силы, создаваемые двумя крыльчатками 65,66, меняют направление, при этом нижние крыльчатки 66 создают тем самым противодействующие силы, мешающие подъему фундамента 52 на участке отверстий 70 (расположение сил имело бы нежелательную тенденцию к наклонению жидкости на низких участках фундамента 52 в стороне от отверстий 70).
Конечно, учитывая оппозитное действие соосных крыльчаток 65, 66, дополнительный короб 71 сейчас крайне желателен для разделения противодействующего потока жидкости, создаваемого их вращением.
Таким образом, настоящее изобретение представляет устройство сбора солнечной энергии, которое относительно недорого в производстве и является эффективной системой для максимального сбора лучистой энергии солнца. Устройство может быть изготовлено из недорогих и доступных материалов и большого размера, чтобы удовлетворить коммерческие интересы в производстве электроэнергии. В качестве альтернативы устройство в соответствии с настоящим изобретением может быть использовано в быту. Хотя уже сообщалось, что солнечные концентраторы и солнечные коллекторы обычно устанавливаются, по существу, в горизонтальном положении, в некоторых случаях они могут быть установлены наклонно по отношению к горизонту, но должны находиться при работе под прямым углом к вертикальной плоскости, пересекающей солнце.
Далее, следует иметь в виду, что хотя устройство в соответствии с данным изобретением особенно подходит для сбора солнечной тепловой энергии, устройство может также производить сбор других форм энергии излучения, если они могут быть сконцентрированы.
Желательно, чтобы жидкость, на которую устанавливается платформа для выполнения передвижений на плаву, находилась в резервуаре, однако жидкость может означать любые другие водоемы, такие как вода в реке, море или в другом водоеме 3 накопителе. Так, хотя все вышеизложенное было представлено как иллюстративное осуществление изобретения, полагаем, что все другие модификации и варианты к этому, которые могут возникнуть у опытных специалистов в этой области, находятся в рамках и границах изобретения, как оно сформулировано в прилагаемой формуле изобретения.
Реферат
Устройство сбора солнечной энергии включает платформу, установленную с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, привод, обеспечивающий поворот платформы вокруг вертикальной оси при отслеживании движения солнца, коллекторы солнечной энергии, установленные на платформе, и концентраторы для направления солнечной энергии на коллекторы солнечной энергии. Концентраторы представляют собой множество параллельных удлиненных отражателей, установленных на платформе, где каждый отражатель имеет параболический профиль для концентрирования солнечной энергии на горизонтальном линейном фокусе, а коллекторы энергии установлены на линейных фокусах отражателей. Платформа может быть установлена с возможностью плавания на поверхности жидкости в резервуаре или в другом водоеме. В случае возникновения неблагоприятных погодных условий концентраторы могут быть избирательно погружены в воду путем перекачки жидкости на платформу. 28 з.п.ф-лы, 14 ил.
