1. Устройство термопреобразования солнечной энергии, содержащее гелиопоглощающую камеру, включающую теплоизолирующие днище, боковые поверхности и верхнее покрытие в виде стенок и потолка, выполненные преимущественно из светопроницаемого материала и образующие совместно ее внутреннюю нагреваемую солнечными лучами замкнутую теплоизолированную полость, в которой размещены гелиопоглощающие материалы с повышенными теплоаккумулирующими свойствами, и технологические средства ориентации и преобразования энергии солнечных лучей в окружающем его пространстве, отличающееся тем, что названные стенки и потолок выполнены с применением встроенных посредством теплоизолирующего светонепроницаемого материала концентраторов и проводников солнечных лучей, созданных в форме усеченных пирамид, внешние основания которых по своим размерам превышают внутренние основания и создают наружную светопроницаемую поверхность гелиопоглощающей камеры с малыми технологическими расстояниями между их смежными сторонами, образованными с помощью теплоизолирующего материала, в то время как смежные стороны внутренних оснований размещены на существенно больших расстояниях между собой, в результате чего из теплоизолирующего светонепроницаемого материала образованы на поверхности гелиопоглощающей камеры продольные и/или поперечные светонепроницаемые дистанцирующие полосы, к части которых примыкают с внутренней стороны несущие конструкции гелиопоглощающей камеры, преимущественно отделенные от ее внутренней полости вспомогательной теплоизолирующей поверхностью с воздушным зазором, причем основания встроенных пирамидообразных концентраторов и проводников солнечных лучей выполнены из светопроницаемого теплоизолирующего материала, в частности листового стекла, а боковые грани выполнены с применением лучеотражающего материала таким образом, что поступающие через внешние основания солнечные лучи концентрируются в энергонасыщенные лучевые пучки, проходящие внутрь гелиопоглощающей камеры через меньшие основания, образующие светопроницаемые проемы в последней, причем в указанной вспомогательной теплоизолирующей поверхности преимущественно выполнены соответствующие светопроницаемые проемы, в частности, оснащенные лученаправляющими приспособлениями, при этом по меньшей мере к части наружной светопроницаемой поверхности гелиопоглощающей камеры присоединены вторые - внешние концентраторы и проводники солнечных лучей значительно больших размеров, чем первые, выполненные также в форме усеченных пирамид, меньшие основания которых примыкают к ней с конструктивно заданными зазорами, а большие основания ориентированы навстречу потокам солнечных лучей из внешней среды, причем боковые грани их также выполнены с применением лучеотражающего материала, при этом в окружающем пространстве размещены средства дополнительной накачки солнечной энергии в гелиопоглощающую камеру, созданные посредством лучеотражающих поверхностей, ориентирующих отраженные солнечные лучи на большие светопроницаемые основания внешних концентраторов и проводников солнечных лучей, и размещенные с помощью созданных несущих конструкций и/или расположенных в окружающей среде сооружений и соответствующих естественных поверхностей, в том числе покрытых в зимний период лучеотражающей поверхностью снега, при этом внутренние светопроницаемые полости встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей и воздушные зазоры, образованные посредством вспомогательных теплоизолирующих поверхностей, связаны между собой воздухопроводящими каналами, одни концы которых имеют выход во внешнюю окружающую среду, а другие соединены с потребителями тепловой энергии, в том числе с замкнутой теплоизолированной полостью гелиопоглощающей камеры, за счет чего создана система утилизации ее тепловых потерь, при этом последняя снабжена по меньшей мере одним технологическим входным проемом и дополнительными средствами преобразования тепловой энергии, в том числе посредством турбогенераторов.

2. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что гелипоглощающая камера содержит емкость с текучим теплоаккумулирующим материалом, которая соединена посредством трубопроводов с теплоизолированным объемом аналогичного теплоаккумулирующего материала, размещенным в грунтовом или водном слоях и/или на их поверхности в близлежащем окружающем пространстве.

3. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что в случае создания гелиопоглощающей камеры в близкой к цилиндрической форме конструкции внешний концентратор и проводник солнечных лучей выполнен с применением опор вращения и приспособлений для его перемещения относительно светопроницаемой поверхности гелиопоглощающей камеры, вокруг ее геометрического центра.

4. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что гелиопоглощающая камера снабжена предохранительными средствами от превышения давления в ее воздушной среде и в емкостях с жидким теплоаккумулирующим материалом.

 

(57) Реферат / Формула:
Устройство термопреобразования солнечной энергии, содержащее гелиопоглощающую камеру, включающую теплоизолирующие днище, боковые поверхности и верхнее покрытие в виде стенок и потолка, выполненные преимущественно из светопроницаемого материала и образующие совместно ее внутреннюю нагреваемую солнечными лучами замкнутую теплоизолированную полость, в которой размещены гелиопоглощающие материалы с повышенными теплоаккумулирующими свойствами, и технологические средства ориентации и преобразования энергии солнечных лучей в окружающем его пространстве, отличающееся тем, что названные стенки и потолок выполнены с применением встроенных посредством теплоизолирующего светонепроницаемого материала концентраторов и проводников солнечных лучей, созданных в форме усеченных пирамид, внешние основания которых по своим размерам превышают внутренние основания и создают наружную светопроницаемую поверхность гелиопоглощающей камеры с малыми технологическими расстояниями между их смежными сторонами, образованными с помощью теплоизолирующего материала, в то время как смежные стороны внутренних оснований размещены на существенно больших расстояниях между собой, в результате чего из теплоизолирующего светонепроницаемого материала образованы на поверхности гелиопоглощающей камеры продольные и/или поперечные светонепроницаемые дистанцирующие полосы, к части которых примыкают с внутренней стороны несущие конструкции гелиопоглощающей камеры, преимущественно отделенные от ее внутренней полости вспомогательной теплоизолирующей поверхностью с воздушным зазором, причем основания встроенных пирамидообразных концентраторов и проводников солнечных лучей выполнены из светопроницаемого теплоизолирующего материала, в частности листового стекла, а боковые грани выполнены с применением лучеотражающего материала таким образом, что поступающие через внешние основания солнечные лучи концентрируются в энергонасыщенные лучевые пучки, проходящие внутрь гелиопоглощающей камеры через меньшие основания, образующие светопроницаемые проемы в последней, причем в указанной вспомогательной теплоизолирующей поверхности преимущественно выполнены соответствующие светопроницаемые проемы, в частности, оснащенные лученаправляющими приспособлениями, при этом по меньшей мере к части наружной светопроницаемой поверхности гелиопоглощающей камеры присоединены вторые - внешние концентраторы и проводники солнечных лучей значительно больших размеров, чем первые, выполненные также в форме усеченных пирамид, меньшие основания которых примыкают к ней с конструктивно заданными зазорами, а большие основания ориентированы навстречу потокам солнечных лучей из внешней среды, причем боковые грани их также выполнены с применением лучеотражающего материала, при этом в окружающем пространстве размещены средства дополнительной накачки солнечной энергии в гелиопоглощающую камеру, созданные посредством лучеотражающих поверхностей, ориентирующих отраженные солнечные лучи на большие светопроницаемые основания внешних концентраторов и проводников солнечных лучей, и размещенные с помощью созданных несущих конструкций и/или расположенных в окружающей среде сооружений и соответствующих естественных поверхностей, в том числе покрытых в зимний период лучеотражающей поверхностью снега, при этом внутренние светопроницаемые полости встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей и воздушные зазоры, образованные посредством вспомогательных теплоизолирующих поверхностей, связаны между собой воздухопроводящими каналами, одни концы которых имеют выход во внешнюю окружающую среду, а другие соединены с потребителями тепловой энергии, в том числе с замкнутой теплоизолированной полостью гелиопоглощающей камеры, за счет чего создана система утилизации ее тепловых потерь, при этом последняя снабжена по меньшей мере одним технологическим входным проемом и дополнительными средствами преобразования тепловой энергии, в том числе посредством турбогенераторов.

2. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что гелипоглощающая камера содержит емкость с текучим теплоаккумулирующим материалом, которая соединена посредством трубопроводов с теплоизолированным объемом аналогичного теплоаккумулирующего материала, размещенным в грунтовом или водном слоях и/или на их поверхности в близлежащем окружающем пространстве.

3. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что в случае создания гелиопоглощающей камеры в близкой к цилиндрической форме конструкции внешний концентратор и проводник солнечных лучей выполнен с применением опор вращения и приспособлений для его перемещения относительно светопроницаемой поверхности гелиопоглощающей камеры, вокруг ее геометрического центра.

4. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что гелиопоглощающая камера снабжена предохранительными средствами от превышения давления в ее воздушной среде и в емкостях с жидким теплоаккумулирующим материалом.

 

---

008117
Настоящее изобретение относится к области солнечной энергетики.
Известны технические решения в области преобразования солнечной энергии в тепловую энергию нагреваемой воды, расплавленных солей с низкой температурой плавления и кинетическую энергию движущихся воздушных потоков.
Известны также способы и технические варианты их реализации, направленные на получение электрической энергии посредством нагрева темных поверхностей солнечными лучами с последующим преобразованием тепловой энергии в скоростной воздушный поток, который приводит во вращение ветро-турбоэлектроагрегат, вырабатывающий электрическую энергию.
Эти технические решения дополняют друг друга полезными технологическими приемами, средствами и приспособлениями, однако не открывают путей преодоления существующей до настоящего времени в этой области техники конфликтной ситуации, заключающейся в следующем. Она состоит в следующем. Так как интенсивность солнечного излучения, проходящего в замкнутую тепловую камеру для термического преобразования, тем больше, чем выше светопроницаемость последней, то существует обоснованная тенденция к увеличению площади светопроницаемых поверхностей тепловой камеры, однако при этом соответственно возрастает диссипация энергии, в том числе конвективно-кондуктивные и лучевые потери тепловой энергии изнутри, а также поглощение и отражение солнечных лучей самой светопроницаемой поверхностью.
В результате такой ситуации в солнечных коллекторах со светопроницаемыми и теплоизолирующими покрытиями не удается устойчиво получать температуру нагреваемого рабочего тела, например воды, выше 70°С, поскольку величина тепловых потерь и снижение КПД процесса останавливают ее рост и приводят к быстрому снижению с уменьшением интенсивности солнечной радиации. Исключение составляют лишь отдельные научно-исследовательские конструкции, которые не могут получить широкого промышленного использования.
Детальное обобщение и анализ результатов в этой области техники с оценкой достигнутого уровня и перспективами изложены в монографии Д. Мак-Вейг "Применение солнечной энергии" М., Энергоиз-дат, 1981 г. (пер. с англ. Г.А. Гухман и С.И. Смирнова).
Известен также гелиоэнергетический способ производства электроэнергии, основанный на использовании нагретой солнечным излучением среды (водоемов) для нагревания и преобразования в пар жидкости как рабочего тела с низкой температурой кипения и испарения с последующей подачей паров рабочего тела в паротурбинный агрегат, в том числе при косвенном участии воздуха как второго рабочего тела в процессе энергопреобразования [см. а.с. СССР № 1495492 "Океаническая энергетическая установка" F 03G 7/04; F 01K 25/00, опубл. 23.07.89 г.].
Данный способ позволяет получать тепловую энергию с необходимой для потребителей температурой только через термическое преобразование вырабатываемой электрической энергии. Применение специальных жидкостей, например эфиров, фриона сильно ограничивает, однако, область использования данного способа.
Известен способ преобразования энергии солнечных лучей, основанный на использовании принципа поглощения солнечных лучей темной поверхностью и на передаче полученной тепловой энергии воздушной среде [см. а.с. СССР № 1416745 "Энергетическая установка" F 03G 9/00, опубл. 15.08.88 г.; заявку ФРГ № 3312977 "Солнечная ветроустановка" F 03G 9/00, опубл. в 1984 г.; заявку Франции № 22698682 "Коллектор солнечной энергии повышенной эффективности" F 24J 2/16, 2/20, 2/48, опубл. 03.06.94 г.; а.с. СССР № 1625999 F 24J 2/42 "Солнечный двигатель", опубл. 07.02.91 г.]. Технические решения, приведенные в указанных патентных материалах, а также дополнительные, известные авторам настоящего изобретения из других источников научно-технической информации, предусматривают использование аналогичного первичного процесса преобразования солнечной энергии посредством поступления солнечных лучей на темные гелиопоглощающие поверхности через светопроницаемые, теплоизолирующие покрытия. С помощью последних, совместно с гелиопоглощающими поверхностями, образуют замкнутые пространства, в конечном счете, каждое из них - в виде тепловой камеры, где и производят нагрев воды и/или воздуха с целью их дальнейшего использования в теплом или горячем виде. Характерной особенностью для всех этих технических решений является то, что светопроницаемое покрытие тепловых камер выполняется с помощью применения стекла, в одно-двухрядном остеклении или полимерньгх пленок, которые не обеспечивают достаточно качественной теплоизоляции. Увеличение толщины и количества рядов светопроницаемого теплоизолирующего материала приводит к нарастанию потерь лучевой энергии на входе в тепловую камеру посредством соответствующего увеличения количества отраженной и поглощенной солнечной энергии. Именно поэтому не достигается значительных ограничений энергетических потерь, а потенциальная возможность увеличения температуры рабочего тела до величин, достигающих и превышающих температуру кипения воды с целью получения технологического пара, а также приемлемых значений скорости гелиотермического энергопреобразования и его КПД, не реализуется. Поэтому до сих пор еще не созданы конкурентоспособные промышленные гелиосистемы по производству тепловой и электрической энергии, а также коммунальные средства теплоснабжения, которые могли бы исключить экологически разрушительное сжигание природного энергосо-держащего сырья (газа, нефти, угля). Этим объясняются продолжающиеся усилия в поиске разрешения
- 1 -
008117
вышеописанной конфликтной ситуации в гелиоэнергетике.
Одним из направлений в этом поиске является разработка вариантов применения гелиоконцентра-торов, которые позволили бы относительно недорогими средствами увеличивать поступление солнечных лучей в тепловые камеры при сохранении фиксированных размеров гелиопоглощающих поверхностей. Наиболее близким к настоящему предполагаемому изобретению является техническое решение, связанное с применением гелиоконцентрирующих поверхностей, установленных на подвижных рельсовых платформах, траектория движения которых в течение светового дня охватывает в соответствующей части периметр крупного светопроницаемого теплоизолированного пространства [см. а.с. СССР № 1449703 "Аэродинамическая гелиостанция" F 03G 7/02, F 24J 2/42, опубл. 07.01.89 г.]. В этом техническом решении солнечные лучи, воспринимаемые гелиоконцентратором на значительных облучаемых пространствах, направляются сквозь светопроницаемое покрытие для нагрева воздушной среды и трубного коллектора с целью последующей выработки электроэнергии, с использованием для этого в качестве рабочего тела нагреваемого воздуха, а также воды. Преимущество данного технического решения заключается не только в дополнительном энергетическом насыщении замкнутого пространства, что само по себе имеет важное значение, но и в том, что гелиоконцентратор выполнен как лучеотражатель, не требующий высокоточной фокусировки с соответствующим высокодинамичным и высокоточным регулированием, воздействующий на значительные объемы и территории пространства. Кроме того, его преимущество заключается в том, что лучеотражающие (гелиоконцентрирующие) поверхности устанавливаются на мобильном средстве, с помощью которого его можно укрыть от сильного ветра в соответствующем месте, и это позволяет выполнять такой гелиоконцентратор в легких, а значит дешевых конструкциях. Такое применение гелиоконцентраторов в облегченных конструкциях содействует созданию экономических условий для поэтапного обеспечения конкурентоспособности гелиоэнергетики. В этом смысле известные типовые гелиоконцентраторы уступают варианту по рассматриваемому прототипу, так как, во-первых, приведенная стоимость 1 м2 гелиоконцентрирующей поверхности составляет 200-250 долларов США, а во втором случае составляет величину, в 2-3 раза меньшую, которая в особых конструкциях имеет перспективу дальнейшего многократного снижения.
Однако в изложенном техническом решении, согласно названному прототипу, в основном все же не решается указанная основополагающая конфликтная ситуация: применение и совершенствование отдельно стоящих упрощенных и удешевленных гелиоконцентраторов - лучеотражателей не снижает величины теплопотерь через светопроницемые поверхности тепловых камер - замкнутых гелиопоглощающих полостей, величина которых остается большой. Темпы роста тепловых потерь резко увеличиваются с повышением температуры во внутренней среде последних.
Задачей настоящего технического решения, согласно предполагаемому изобретению, является создание такого способа и комплекса технических приемов термопреобразования солнечной энергии, при реализации которого можно было бы принципиально ликвидировать ставший типичным указанный конструктивно-технологический предел в ограничении безвозвратных тепловых потерь из замкнутой светопроницаемой тепловой камеры в окружающее пространство при сохранении количества поступающей в нее солнечной энергии, более того - усилить при этом теплоизоляцию ее внутренней среды и достигнуть ограничения тепловых потерь до любого, наперед заданного, экономически целесообразного уровня и принципиально повысить коэффициент полезного действия и экономическую эффективность процесса гелиопреобразования.
Техническим результатом предлагаемого в настоящем изобретении концептуального решения является создание солнечных интенсифицированных тепличных комплексов - гелиокотелен, которые позволяют производить тепловую энергию через термопреобразование солнечных лучей с удельной стоимостью, значительно более низкой, чем это характерно для современных ТЭЦ и котельных, работающих на природном газе, и являются энергетической основой создания высокоэффективных гелиоветроэлектри-ческих станций.
Частными техническими результатами предложенного способа термопреобразования солнечной энергии являются снижение капитальных затрат при строительстве теплоэлектростанций и котельных, создание комплексов бытовых и передвижных гелиоэнергетических установок, в том числе для горячей обработки пищевых продуктов в качестве наружной, традиционной для многих регионов, плиты или печи, в которой можно готовить пищу, в частности выпекать хлеб, даже в условиях суровой русской зимы, а также запасаться в них высокопотенциальной тепловой энергией на ночной период или даже на несколько суток.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что относительно известного, согласно названному прототипу, способ термопреобразования солнечной энергии основан на:
повышении теплоизоляционных характеристик и светопроницаемости поверхностей замкнутой ге-лиопоглощающей камеры, которую ограничивают со всех сторон теплоизолирующим материалом, в частности, в виде днища, стенок и потолка, причем последние выполняют, преимущественно, из светопроницаемых материалов, площадь поверхности, конструктивные параметры, размещение и технологические обработки которых определяют таким образом, чтобы проникающий через них в гелиопоглощаю
- 2 -
008117
щую камеру световой поток имел бы возможно большую мощность, максимально нагревая размещенные в ней технологические гелиотермопреобразующие материалы, и обеспечивая, одновременно с этим, максимально возможное ограничение потерь энергии изнутри гелиопоглощающей камеры, включая обратные инфракрасные излучения, потери световой энергии в светопроницаемых материалах, занимающих по площади большую часть поверхностей указанных стенок и потолков и значительно снижающих их теплоизоляционные характеристики;
применении в гелиопоглощающей камере технологических материалов с повышенными значениями коэффициента поглощения солнечного излучения, относительно высокими значениями удельной теплоемкости и теплоаккумулирующих свойств, обеспечивающих накопление тепловой энергии в технологических материалах гелиопоглощающей камеры на продолжительный период, определяемый техническими требованиями энергопотребителей и статистическими характеристиками погодных и сезонных условий, имеются отличия в том, что внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры отделяют от внешней окружающей среды со стороны внутренних поверхностей ее стенок и/или потолков преимущественно светонепроницаемым теплоизолирующим материалом, толщину, профиль и теплоизоляционные характеристики которого задают по условиям минимизации результирующих тепловых потерь из гелио-поглощающей камеры, в то время как потоки солнечного излучения из окружающего пространства целевым образом направляют внутрь гелиопоглощающей камеры по меньшей мере через два последовательно расположенных концентратора и проводника солнечных лучей, первый из которых выполняют в качестве внешнего концентратора с помощью лучеотражающих поверхностей, располагаемых в окружающем гелиопоглощающую камеру пространстве таким образом, чтобы отраженные ими солнечные лучи поступали на облучаемые участки последней, для чего ориентируют их по образу усеченной пустотелой пирамиды, грани которой снабжают лучеотражающим материалом и создают посредством них периферийные границы ее меньшего основания, расположенного вблизи наружной поверхности гелиопогло-щающей камеры и являющегося выходным проемом внешнего концентратора солнечных лучей, и большего основания, являющегося его входным проемом, который направляют навстречу прямым и отраженным солнечным лучам, проходящим через него из окружающего пространства и поступающим, благодаря лучеотражающим поверхностям его граней, в виде сконцентрированного потока на соответствующие участки поверхностей гелиопоглощающей камеры, причем площадь входного проема внешнего концентратора солнечных лучей значительно превышает площадь его выходного проема, а в качестве второго применяют встроенный концентратор и проводник солнечных лучей, который образуют посредством создания системы стройных на всю толщину светонепроницаемого теплоизолирующего материала, охватывающего гелиопоглощающую камеру, объемных геометрических форм, например, в виде пустотелых усеченных четырехгранных пирамид и/или конусов, внутренние поверхности которых покрывают лучеотражающим материалом, а свободные основания закрывают тонким светопроницаемым теплоизолирующим материалом, благодаря чему данные геометрические формы, содержащие фиксированный объем теплоизолирующей газовой среды, позволяют сохранить высокие теплоизоляционные параметры гелиопоглощающей камеры и одновременно придать ей высокую солнечно-лучевую и тепловую энергонасыщенность. При этом внешний концентратор солнечных лучей снабжают дополнительными лучеотражающими поверхностями, размещенными на различных расстояниях в окружающей среде в фиксированных и/или регулируемых в функции времени и погодных условий положениях относительно поверхности почвы, включая горизонтальные, наклонные и вертикальные положения, и закрепленными, например, посредством дополнительно установленных опор, канатных конструкций, располагаемых, в частности, как предварительно напряженные поворотные конструкции в специально выполненных траншеях, которые частично совмещают функции тепличного выращивания овощей и ягод и/или приспособлений с подъемными резервуарами и надувными формами, близлежащих строений, подручных средств и соответственно ориентированных возвышенных участков рельефа земной поверхности, с помощью которых направляют потоки отраженных солнечных лучей под оптимальными углами в направлении входного проема внешнего концентратора солнечных лучей, в том числе в зимнее время, когда интенсивность солнечной радиации на высоких широтах характеризуется относительно низкой величиной, - потоки солнечных лучей, отраженных снежным покровом с больших окружающих территорий, при этом встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей размещают на наружных поверхностях светонепроницаемого теплоизолирующего материала гелиопоглощающей камеры, их большими по площади основаниями, выбирая их геометрические параметры и взаимное расположение таким образом, чтобы близлежащие стороны смежных оснований отстояли друг от друга на минимальных расстояниях, определяемых технологическими условиями реализации и устойчивостью конструкции в эксплуатации, в то время как на внутренней поверхности светонепроницаемого теплоизолирующего материала гелиопог-лощающей камеры располагают меньшие основания встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей так, чтобы расстояния между близлежащими меньшими основаниями, в частности, превышали длину сторон их поперечного сечения, благодаря чему создаются условия для формирования минимального сечения концентрированных потоков солнечных лучей и дополнительного снижения потерь энергии солнечного излучения в гелиопоглощающей камере, а между входящими в нее концентрированными потоками солнечных лучей располагают внутренние опорные конструкции последней и, в частно
- 3 -
008117
сти, отделяют их от ее внутренней среды дополнительным теплоизолирующим слоем из материала с повышенной температурной устойчивостью, при этом воздушную среду, в которой расположены опорные конструкции, соединяют со средствами утилизации тепловых потерь гелиопоглощающей камеры, посредством которых нагреваемый ими воздух откачивают и применяют как теплоноситель различного технологического назначения, причем для направления концентрированных потоков солнечных лучей, выходящих, по меньшей мере, из части встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, имеющих повышенную величину плотности энергии по сравнению с ее значением в окружающей среде, создают внутренние лучеотводы, например в виде поворотных теплоизолирующих пластин и/или пустотелых стеклянных трубок, снабженных лучеотражающими поверхностями, которые закрепляют относительно внутренних опорных конструкций гелипоглощающей камеры и благодаря которым обеспечивают на их выходе увеличение поперечного сечения каждого концентрированного потока солнечных лучей и направление его на определенные участки гелиопоглощающих и теплоаккумулирующих технологических материалов, в том числе с применением промежуточных лучеотражающих и лучеэкранирующих поверхностей.
Такое техническое решение позволяет экономически эффективно снять традиционный конструктивно-технологический предел ограничения потерь тепла из замкнутой внутренней среды гелиопогло-щающей камеры при увеличении площади ее светопроницаемой поверхности и обеспечить не только сохранение количества поступающей в нее солнечной энергии при наращивании ее теплоизоляционных показателей, но и увеличение его за счет дополнительного "принудительного" направления солнечных лучей внутрь гелиопоглощающей камеры из окружающего пространства, посредством применения пристроенного к ней или расположенного рядом внешнего концентратора солнечных лучей. Последний выполнен, преимущественно, из четырех граней, образующих приближенную форму усеченной пустотелой пирамиды. Каждая из четырех ее граней, преимущественно, содержит поверхности, покрытые лучеотра-жающим материалом, например алюминиевой фольгой, защищенной от атмосферного воздействия тонким слоем светопроницаемого материала. В настоящее время стоимость 1 м2 светопроницаемого материала с односторонним алюминиевым (зеркальным) покрытием составляет 0,3-0,5 долларов США. В случае организации крупномасштабного промышленного производства таких зеркальных поверхностей с защитной пленкой стоимость не будет превышать 0,2-0,3 доллара США за 1 м2 при повышенном качестве.
У наружной поверхности гелиопоглощающей камеры или невдалеке от нее эти грани сходятся между собой, образуя подобие меньшего основания пирамидообразной фигуры как выходной проем внешнего концентратора солнечных лучей. В противоположную сторону от наружной поверхности гелиопог-лощающей камеры грани расходятся между собой, образуя в конце подобие большего основания пира-мидообразной фигуры как входной проем внешнего концентратора солнечных лучей. Поток солнечных лучей, входящий в последний, отражаясь от зеркальных поверхностей граней, выходит через меньшее основание его со значительно большей удельной энергией.
Пирамидообразное определение формы внешнего концентратора солнечных лучей исходит из принципиального, лишь образного подобия, так как одни его грани, в силу тех или иных условий, могут быть длиннее, чем в точных контурах пирамиды, другие - короче в реальных условиях в местах стыка смежных граней могут оказаться "щели", а не ребра пирамиды; нижняя или верхняя грани могут быть значительно вытянуты одна относительно другой. Однако общее определение формы как "пирамидооб-разной" является справедливым для рассмотрения принципов работы.
Для еще большего наращивания энергии солнечных лучей, направляемых в гелиопоглощающую камеру, может быть применен последовательно и второй внешний концентратор солнечных лучей с увеличенными входным и выходным проемами. Это реализовано в другом варианте предложенного в настоящем изобретении технического решения путем размещения в окружающем пространстве дополнительных лучеотражающих поверхностей, отраженные лучи от которых поступают во входную полость внешнего концентратора. Эти поверхности из-за относительно невысокой стоимости могут быть развернуты на площадях столь крупного размера, что поток солнечных лучей в гелиопоглощающую камеру в расположенных при ней внешних концентраторах может достигать любых, наперед заданных, значений и создавать повышение температуры в последней до величины, намного превышающей температуру кипения воды, например до 200-300°С. Посредством такой, уже высокопотенциальной, тепловой энергии предусматривается получение пара или паровоздушной смеси, со значительным их перегревом, чтобы преобразовать их тепловую энергию в электрическую с высоким КПД посредством применения первичного преобразователя - паротурбоэлектроагрегата. Отработавший в последнем пар или паровоздушная смесь, преимущественно, используются во втором контуре производства электрической энергии в рамках гелиоветроэнергетического преобразования, а затем уже могут направляться потребителям нагретой воды и воздуха, в частности, в жилые дома и животноводческие фермы, теплицы и т.п.
Дополнительные лучеотражающие поверхности могут располагаться также в бытовых и мобильных (передвижных, туристических) условиях с помощью простых опорных приспособлений, подручных средств - окружающих деревьев, жилых домов и других строений, участков местного рельефа. При этом их положение может периодически корректироваться в зависимости от положения солнечного диска на
- 4 -
008117
небосводе. Каждый квадратный метр подобной лучеотражающей поверхности может иметь в разработанных конструкциях стоимость в пределах 3-4 долларов США, чем определяется уникальная экономическая эффективность предложенного способа. Лучеотражающие поверхности могут выполняться посредством весьма легких пластин небольшого размера из пенистых и композитных материалов, легко переносимых и транспортируемых, а также посредством тканей и пленок, поверхность которых снабжается лучеотражающим материалом и которые при транспортировке (или в бытовых условиях) могут сворачиваться, снабжаться легкими, складывающимися опорными приспособлениями.
В промышленных вариантах таких термопреобразующих установок дополнительные лучеотра-жающие поверхности могут закрепляться посредством гибких материалов, закрепляемых с помощью канатов и удерживающих опор, с дистанционным, автоматическим или ручным управлением. При этом в случае больших размеров и высоких мощностей тепловых камер и гелиокотелен последние могут выполняться в цилиндрической или тороидальной форме с шириной преимущественно 5-20 м, охватывая свободный объем пространства вокруг оси, в котором осуществляются последующие энергетические, гелиоветроэнергетические и термоаэродинамические процессы при производстве электрической энергии в соответствующих энергетических каналах. В этом случае канатные трассы, на участках которых располагаются дополнительные лучеотражающие поверхности, могут по кругу, со значительным радиальным расстоянием, охватывать виртуальный цилиндрический периметр гелиокотельной - солнечного интенсифицированного тепличного комплекса. При этом канатные трассы могут, синхронно с движением солнечного диска по небосводу, передвигаться, одновременно перемещая лучеотражающие поверхности. Если последние закреплены с помощью двух взаимодействующих канатных трасс - верхней и нижней, то положение одной из них, например приземной, может корректироваться простейшими механизмами в течение сезонных периодов, чтобы в соответствующем положении лучеотражающих поверхностей относительно гелиопоглощающей камеры определялся и их оптимальный угловой наклон не только в течение светового дня, но и в течение сезонных периодов. При повышении скорости ветра сверх допустимой гибкие лучеотражающие поверхности могут соответственно и складироваться. По указанным канатным трассам (или другим) могут выдвигаться в соответствующий сектор окружающего пространства урагано-защитные наклонные "стены".
Способ позволяет также применение нескольких концентрических канатных трасс, расположенных на различных по высоте уровнях, и/или практически на одном уровне, при размещении их на значительных (соответствующих) расстояниях друг от друга. Способ предусматривает возможность размещения лучеотражающих поверхностей, в тех или иных формах, на весьма значительных расстояниях от солнечного интенсифицированного тепличного комплекса, в зависимости от хозяйственных и технико-экономических потребностей, так как потери энергии отраженного солнечного излучения при прохождении светового потока в чистой воздушной среде многокилометровых расстояний ничтожны, а также использования снежного покрова для соответствующего направления отраженных от него солнечных лучей, причем как с южной, так и с северной стороны. В определенных случаях лучеотражающие поверхности могут размещаться с помощью заполненных легким газом подъемных резервуаров, направляемых канатными натяжными устройствами. Эффективным решением является также размещение лучеотра-жающих панелей в специально созданных траншеях, накрытых сверху светопроницаемым материалом. В этом случае лучеотражающие панели, защищенные от ветра, будут иметь весьма легкие и дешевые конструкции. Траншеи должны иметь при этом соответствующие запасы по ширине и глубине и использоваться как теплицы для выращивания овощей и ягод.
Способ позволяет создавать гелиоэнергетические котельные в микрорайонах городов, на жилых, в том числе многоэтажных, домах, располагая гелиопоглощающие и теплогенерирующие камеры на их кровлях, с расположением внешних концентраторов солнечных лучей посредством этих же кровель и с размещением лучеотражающих поверхностей в соответствии с особенностями застройки жилищных массивов, в том числе стен противоположных домов, проезжих территорий и улиц. В большей части регионов, например в Республике Беларусь, 1000 м2 таких площадей будут давать 100 кВт мощности тепловой энергии. Наращивание мощности солнечных интенсифицированных тепличных комплексов за счет дополнительной установки лучеотражающих поверхностей экономически выгоднее увеличения мощности ТЭЦ, АЭС, ГЭС в любой его форме. Это указывает на большие потенциальные возможности гелиоэнергетики. Например, в Республике Беларусь, где возможности гелиоветроэнергетики менее предпочтительны, в сравнении с любым регионом России (в связи с особыми природно-климатическими данными, весьма привлекательными в других аспектах), эти потенциальные преимущества выглядят следующим образом. Среднегодовая мощность солнечной радиации на территории Республики Беларусь составляет 0,13 кВт/м2. В то же время стоимость создания лучеотражающей поверхности активной площадью 1000 м2, совместно с опорами, удерживающими канатами и средствами их периодической переориентации, составляет 9 тыс. долларов США. Из этого следует, что приращение тепловой мощности гелиопреобразующей камеры в составе солнечного тепличного комплекса составляет 90 долларов США за 1 кВт. При этом удельная стоимость строительства (или расширения) ТЭЦ, работающей на природном газе, в Республике Беларусь составляет величину около 500 долларов США за 1 кВт, т.е. значительно дороже. Но главное - устраняется необходимость в приобретении и сжигании природного газа. Примени
- 5 -
008117
тельно к коммунальным гелио- и обычным котельным сравнение приводит к показателям такого же порядка. Для достижения такого уникального результата в Республике Беларусь на ее территории можно осуществить, согласно предполагаемому изобретению, строительство солнечных интенсифицированных тепличных комплексов, содержащих гелиопоглощающие камеры, внешние концентраторы солнечных лучей и весьма мощно развитые дополнительные лучеотражающие поверхности, и это освободит ее от внешних закупок энергоносителей для производства тепловой и электрической энергии.
В Украине, Сибири и на Дальнем Востоке Российской Федерации, на побережье северных рек и морей Европы, на Африканском континенте, Ближнем Востоке, в Индии, Китае, Юго-Восточной Азии, Южной Америке экономическая эффективность предложенного способа будет более высокой.
За основу обеспечения высокой теплоизоляции гелиопоглощающей камеры в предложенном способе взято применение светонепроницаемого теплоизолирующего материала. Его толщина и теплоизоляционные свойства выбираются только по условиям качества теплоизоляции, т.е. без конфликтной увязки с необходимостью выполнения возможно больших светопроницаемых участков в стенках и/или потолке гелиопоглощающей камеры. Светопроницаемость достигается размещением последних в толстом светонепроницаемом базовом теплоизолирующем материале (стенок и потолка) тонкостенных геометрических форм в виде четырехгранных усеченных пирамид и/или усеченных конусов, располагаемых вершинами внутрь гелиопоглощающей камеры. Для снижения себестоимости строительно-монтажных работ такие концентраторы и проводники солнечных лучей могут выполняться в виде заранее изготавливаемых на потоке строительных блоков, содержащих внутри лучеотражающие поверхности, в том числе образованные рядом модулей. К примеру, если в промышленной гелиокотельной выбрана толщина стенок и потолков размером 400 мм, то усеченная пирамида-световод, поверхность которой покрыта луче-отражающим материалом, может иметь входное основание, например 150x150 мм2 или 1500x1500 мм2, а светопроницаемое выходное основание быть по площади значительно меньше первого. Это означает, что лучевые потери внутреннего тепла также значительно снижаются. Если же строительные блоки толщиной 400 мм выполнены из нескольких параллельных составных модулей и между ними образованы воздушные зазоры, то последние используются для увеличения качества теплоизоляции, в том числе через улучшенную утилизацию тепловых потерь. Например, если в каждом таком модуле строительного блока размещен свой участок усеченной пирамиды-световода, и основания каждой такой пирамиды (или каждого участка всей полной пирамиды) закрыты тонкими слоями светопроницаемого теплоизолирующего материала, то воздушная среда, образованная между модулями строительных блоков, в последовательном порядке может прокачиваться через внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры или направляться непосредственно в энергетические каналы. Воздушная среда из последней, в частности, под давлением, порциями впрыскивается вместе с водой в испарительные полости, размещенные в гелиотермопреоб-разующем теплоаккумулирующем материале. Образовавшаяся паровоздушная смесь может направляться в паровую турбину. Таким образом, тепловая энергия, с применением средств ее утилизации, вообще практически не исчезает бесполезно из гелиопоглощающей полости, а КПД преобразования в ней солнечной энергии в тепло приближается к необычно высокой величине - более 95-97%. Воздух с утилизируемой тепловой энергией прокачивается из слоя в слой вдоль наружной поверхности указанных геометрических форм, охлаждая их и защищая светопроницаемые основания участков пирамид-световодов от запыления. Если строительные блоки не содержат составных модулей, то их боковые грани содержат проемы, через которые протекает их внутренняя воздушная среда, соединенная с одной стороны с окружающей атмосферой, а с другой - с потребителями нагретого воздухопотока, впитавшего в себя теплопо-тери.
Пучки концентрированного потока солнечных лучей, входящие во внутреннюю среду гелиопогло-щающей камеры, имеют уменьшенные поперечные сечения и значительные расстояния между собой. Это позволяет создать прочный внутренний несущий каркас для стенок и потолка гелиопоглощающей камеры, располагаемый между этими пучками, не уменьшая и не перекрывая для этих целей наружную светопроницаемую поверхность, которая составлена из лучепроводящих квадратов, располагаемых своими сторонами вплотную друг к другу.
Так как во внутренней воздушной среде гелиопоглощающей камеры проектно может предусматриваться высокая температура (100°С и более), что определяется производительностью отбора из нее тепловой энергии, в том числе прокачки воздуха, то внутренний несущий каркас отгораживается в определенных конструктивных вариантах от этой среды температуроустойчивым теплоизолирующим материалом, например плитами из пенобетона. В таком случае несущий каркас располагается в воздушном слое, который также непрерывно освежается и не имеет высокой температуры. Выходные каналы пучков концентрированного потока солнечных лучей оптически совмещаются со вторыми внутренними световодами, которые специально устанавливаются, например, в виде стеклянных трубок соответствующих поперечных сечений, поверхности которых покрыты зеркальным лучеотражающим материалом. Эти внутренние световоды или лучеотводы могут быть закреплены в проходных проемах, образованных в дополнительном теплоизолирующем слое, и на втором конце выполнены в форме, расширяющей и направляющей лучевой пучок (по координатам) в соответствующие места гелиопоглощающей камеры, в том числе на соответствующие лучеотражающие поверхности, которые направляют лучи непосредственно в
- 6 -
008117
зоны расположения высокотемпературного гелиотермопреобразующего и теплоаккумулирующего технологического материала (например стеарина с примесями солей щелочных металлов и других веществ), имеющего высокую теплоемкость при фазовых переходах. Более универсальным техническим решением является применение вместо внутренних световодов поворотных лучеотражающих пластин.
В комбинации с лучеотражающими поверхностями, в вариантах проектных режимов с высокими температурами во внутренней воздушной среде гелиопоглощающей камеры, применяются и лучеэкрани-рующие поверхности, снижающие или ограждающие возвратное попадание инфракрасной составляющей теплового излучения в выходные проемы пирамидообразных (конусообразных, комбинированных) встроенных концентраторов и проводников солнечной радиации. Одной из таких поверхностей является темная металлическая поверхность, накрывающая расплавленный технологический материал, содержащая тепловые радиаторы, погруженные в него. Эта поверхность может быть тонкой, гофрированной, получаемой посредством штамповки и заполненной сверху сыпучим гелиопоглощающим и высокотеплопроводным материалом. Если более важным показателем гелиокотельной является не ее компактность, а снижение себестоимости и применение подручных материалов в качестве теплоаккумулирующих, то для этих целей может использоваться сыпучий материал, например щебень, дополнительный объем которого располагается под грунтом, в том числе под гелиопоглощающей камерой.
Для наиболее эффективного использования встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей необходимо обеспечивать поступление в них солнечных лучей из окружающего пространства под минимальными углами относительно их осей. Это обусловит минимальное число отражений солнечных лучей от их лучеотражающих поверхностей и снижение энергетических потерь в них. Кроме того, КПД пирамидообразных встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей увеличивается при определенных их размерах, если внутри них образуют по меньшей мере по одной дополнительной лучеот-ражающей грани, которая проходит через оси концентраторов или параллельно осям. Простейшим вариантом, улучшающим эффективность встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, является встройка в них двух лучеотражающих поверхностей, расположенных крестообразно, с одновременным увеличением стороны квадрата их входных проемов.
В дополнение к этому внешний концентратор солнечных лучей выполняется также в форме, близкой к пирамидообразной, с близкими к трапецеобразным гранями, которые не соединены механически между собой и поэтому можно менять их взаимное расположение. В этом смысле нижняя грань в период низкого положения солнечного диска поворачивается периферийной стороной вниз, например, под углом 30°. В качестве нижней грани может применяться и грунтовая поверхность, на которой располагают лучеотражающий материал.
Верхнюю грань пирамидообразного внешнего концентратора солнечных лучей, имеющую вид козырька, в период нахождения солнечного диска в области зенита, а также в других определенных ситуациях могут устанавливать под углом, при котором солнечные лучи направляются на наружную поверхность стенок или светопроводящего потолка гелиопоглощающей камеры, для чего в таком случае поверхность грани снабжена лучеотражающим материалом с обеих сторон - на верхней и нижней поверхностях. Она может выполняться существенно выше потолка гелиопоглощающей камеры и иметь продолжение за ось вращения, если таковая применена по ширине потолка и больше.
Две другие грани внешнего концентратора солнечных лучей, приблизительно вертикальные, могут быть выполнены также с возможностью их поворота, закрепленными на опорах скольжения или качения, относительно внешних опорных и несущих конструкций гелиопоглощающей камеры или относительно отдельно установленных опор - стоек. Дальняя сторона вертикальной грани внешнего концентратора солнечных лучей, расположенная также приблизительно вертикально, может закрепляться относительно поверхности почвы посредством подвижных опор, в частности колес, перемещающихся по подготовленной трассе (или поверхности почвы). Однако лучшим вариантом ее закрепления является использование канатных строп, присоединенных одними концами к внешней несущей конструкции гелиопоглощающей камеры посредством натяжных механизмов, а другими - к несущей конструкции граней, преимущественно у ее периферии.
Такой способ закрепления позволяет уравновешивать вес этой грани, как и любой другой. Такая конструкция внешнего концентратора солнечных лучей позволяет не только регулировать положение его граней относительно прямых и отраженных солнечных лучей, задавая при этом оптимальный угол падения солнечных лучей на светопроницаемую поверхность гелиопоглощающей полости, но и осуществлять концентрирование естественного (а в отдельных случаях и искусственного) ветропотока, используя этот процесс для дополнительной выработки электроэнергии в другом энергетическом контуре - гелиоветро-энергетическом, с термодинамическими и аэробарическими воздействиями на концентрированные ветровые потоки. При этом внешняя поверхность гелиопоглощающей камеры также является ветронаправ-ляющим средством, ориентирующим ветропоток вверх, до отражения его верхней гранью внешнего концентратора солнечных лучей и направления его в ветрозаборный канал. В этой связи гелиопоглощаю-щую камеру в определенных условиях целесообразно располагать над поверхностью почвы на высоте 10-20 м, образуя ниже ее днища и/или выше ее потолка ветронаправляющие каналы для последующих аэродинамических и термодинамических воздействий на концентрированный ветропоток. Кроме того,
- 7 -
008117
такая конструкция внешнего концентратора солнечных лучей позволяет, в случае предельного повышения скорости естественного ветра, в частности, до ураганной величины, складывать его лучеотражающие грани в пакет (полный или частичный).
Внешние концентраторы солнечных лучей имеют два принципиально отличных варианта реализации. Один из них определяется тем, что концентратор располагают относительно гелиопоглощающей камеры подвижным, когда он по мере перемещения солнечного диска по небосклону поворачивается относительно оси ее внешней поверхности или передвигается вдоль нее.
Другой вариант определяется тем, что по периметру гелипоглощающей камеры размещается несколько стационарных внешних концентраторов солнечных лучей. Если периметр камеры имеет, например, цилиндрическую (пирамидальную, коническую) форму, то оптимальным является размещение вокруг нее 12 внешних концентраторов солнечных лучей, когда их вертикальные грани, в целом, не меняют своего положения относительно координат солнечного диска на небосклоне, но могут поворачиваться в функции последнего на определенные участки вокруг осей, расположенных, преимущественно, в их плоскости.
В определенных географических и климатических условиях могут применяться и другие формы внешнего концентратора солнечных лучей, а также другие, в том числе комбинированные, варианты размещения и закрепления последнего относительно гелиопоглощающей камеры.
Бытовые, передвижные и туристические варианты исполнения гелиопоглощающей камеры с присоединенными к ней внешними концентраторами солнечных лучей отличаются условиями мобильного монтажа, размещения и съема компонентов лучеотражающих поверхностей, всего оборудования, требованиями относительной простоты и дешевизны.
Если встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей выполняются составными, из отдельных сопряженных элементов, размещаемых в сборочных модулях комплектных строительных блоков, то оконечные участки общей конструкции этого световода в виде усеченных пирамид или конусов могут покрываться тонким зеркальным слоем меди или даже специальных материалов, в том числе серебра или золота, что значительно улучшит качество зеркальной поверхности в области наиболее высокой плотности потока солнечных лучей.
Сами геометрические формы встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей могут выполняться как из черного или цветного металла, так и из стекла, пластмасс или композитных материалов с покрытием их лучеотражающими поверхностями. Предусматривается также, что внутренняя среда гелиопоглощающей камеры соединена с предохранительными клапанами.
В связи с изложенным становятся ясными многогранность конструктивно-технологических реализаций и многоаспектность принципиальных подвариантов в предложенном способе термопреобразования солнечной энергии. Именно этим поясняется значительное количество дополнительных отличий в его технической сути относительно известных технических решений и названного прототипа.
Ниже приводятся эти отличия:
эффективность теплоизоляции и энергонасыщения гелиопоглощающей камеры повышают посредством того, что светонепроницаемый теплоизолирующий материал со встроенными концентраторами и проводниками солнечных лучей выполняют в виде предварительно изготовленных строительных блоков, закрепляемых к ее опорным конструкциям, причем указанные строительные блоки производят преимущественно в виде плоских, ориентировочно, прямоугольных форм, которые, в частности, составляют из сборочных модулей, соединяемых в пакеты и образующих как продукт технологической сборки готовые строительные блоки с необходимой по условиям теплоизоляции высотой, причем сборочные модули при пакетировании разделяют теплоизолирующими воздушными слоями с помощью опорных дистанцирующих площадок, а в теплоизолирующий материал сборочных модулей встраивают маркированные составные элементы, из которых образуют результирующий профиль встраиваемых концентраторов и проводников солнечных лучей и которые имеют пустотелые геометрические формы, в частности, форму усеченных четырехгранных пирамид, поверхности которых снабжают лучеотражающими материалами, а основания закрывают светопроницаемым теплоизолирующим материалом, характеризующимся незначительной величиной коэффициентов поглощения и отражения солнечных лучей, причем последовательно изменяющиеся в поперечных сечениях составные элементы встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей сопрягают их лучеотражающими поверхностями так, что солнечные лучи в собранных и смонтированных на опорных конструкциях строительных блоках получают лишь однонаправленное результирующее прохождение - из наружного пространства во внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры, при этом, по меньшей мере, часть воздушных теплоизолирующих слоев, образованных между сборочными модулями строительных блоков, соединяют, например последовательно, со средствами и системами утилизации тепловых потерь;
пустотелые объемные геометрические формы, поверхности которых покрыты лучеотражающим материалом и которые образуют встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей, закладывают в виде готовых конструкций в последовательно расположенные и конструктивно сопряженные проемы соответствующих поперечных сечений, содержащиеся в собранных строительных блоках, которые включают в себя маркированные сборочные модули с выполненными в них указанными проемами и теп
- 8 -
008117
лоизолирующие воздушные слои между ними, причем основания готовых конструкций геометрических форм встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей закрывают светопроницаемым теплоизолирующим материалом индивидуально и/или в составе собранных строительных блоков;
теплоизолирующие воздушные слои, образованные в строительных блоках, соединяют между собой, с окружающей атмосферой и, например, с внутренней средой гелиопоглощающей камеры посредством зазоров, образованных между наружными поверхностями строительных блоков, а также посредством созданных регулируемых воздухоканалов между их внутренней воздушной средой и окружающей атмосферой и воздухоотводящих каналов, через которые подают нагретый теплопотерями воздух из внутренней воздушной среды строительных блоков в технологические энергопреобразующие каналы, посредством чего отнимают тепловую энергию, возникающую и передающуюся во внутренней среде строительных блоков. При этом воздушный поток через последнюю создают посредством откачки воздуха из нее, в частности через внутреннюю полость гелиопоглощающей камеры с проектной производительностью для последующего использования его как теплоносителя, причем по меньшей мере один из теплоизолирующих воздушных слоев связан с окружающей атмосферой с помощью воздухоканала, проведенного через днище и регулируемую задвижку, при этом через потолок гелиопоглощающей камеры проведен по меньшей мере один отводящий воздушный канал, подключенный ко второй регулируемой задвижке и параллельно предохранительному устройству, посредством которого осуществляют защиту последней от превышения внутреннего давления и температуры сверх допустимых значений;
пустотелые объемные геометрические формы как составные элементы встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей выполняют из металла и/или стекла, пластмасс и композитных материалов, снабженных лучеотражающими поверхностями, в частности поверхностями, образованными посредством технологий напыления;
пустотелые объемные геометрические формы как составные элементы встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей снабжают по меньшей мере по одной лучеотражающей продольной перегородке, например, проходящей через их осевые линии;
внешний концентратор солнечных лучей выполняют поворотным относительно вертикальной оси, являющейся геометрически осевым центром наружной поверхности гелиопоглощающей камеры, для чего грани концентратора закрепляют относительно опорной базы посредством опор вращения, а относительно поверхности почвы - например, посредством подвижных опор, перемещающихся по подготовленной трассе, причем вес материалов, с помощью которых изготавливаются грани внешних концентраторов солнечных лучей, включая их несущие конструкции и закрепленный на них материал, снабженный лучеотражающими поверхностями, уравновешивают преимущественно посредством канатных строп, которыми через линейно перемещающиеся поворотные механизмы, осуществляющие их наматывание и разматывание, связывают несущие конструкции опорной базы с периферийными конструкциями и дополнительными приспособлениями граней внешнего концентратора солнечных лучей. При этом поворотные механизмы канатных строп выполняют с ручными и/или автоматизированными приводами, с помощью которых регулируют пространственное положение граней, геометрическую форму и положение внешнего концентратора солнечных лучей в целом в функции координат солнечного диска на небосводе и значений углов прямых и отраженных солнечных лучей, поступающих на наружные поверхности гелиопоглощающей камеры, а при нарастании скорости ветра к конструктивно установленному пределу грани складируют в ветрозащитном положении в виде составной конструкции, опирающейся на наружную несущую базу;
создают тороидообразную гелиопоглощающую камеру в форме замкнутой по кругу конструкции, внешним и внутренним поверхностям стенок которой придают, ориентировочно, вид усеченных многогранных пирамид, охватывающих общую центральную ось, причем теплоизолирующие светопроницаемые стенки, выполненные из вышеуказанных строительных блоков, соединяют снизу с днищем плоской, ориентировочно, кольцевой формы, толщина которого определяется размерами его теплоизолирующих конструкций и размещением в них технологических гелиотермопреобразующих и теплоаккумулирую-щих материалов и энергетических каналов, а сверху соединяют с потолком аналогичной формы, толщина которого определятся, в частности, высотой указанных строительных блоков, посредством чего образуют внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры тороидообразной формы, при этом пространство, окружающее центральную ось и ограниченное по периметру плоскостями граней последней, используют для размещения энергетического оборудования, работа которого связана с функционированием гелио-поглощающей камеры, в том числе турбоэлектрических агрегатов, причем тороидообразная гелиопогло-щающая камера снабжена по меньшей мере одним размещенным вблизи внешним концентратором солнечных лучей, например поворачивающимся вокруг нее в соответствии с функцией управления его положением, а вокруг последней создают инфраструктуру размещения и управления положением дополнительных лучеотражающих поверхностей, при этом внешний концентратор солнечных лучей применяют одновременно и в качестве приспособления для концентрации потока естественного ветра, который посредством вспомогательных ветронаправляющих устройств, закрепленных на опорной базе гелиопогло-щающей камеры, направляют на вход термоаэродинамического контура и последующего турбоэлектри-ческого агрегата;
- 9 -
008117
гелиопоглощающую камеру выполняют в форме шара, преимущественно, для создания теплиц, аквариумов и спортивных сооружений;
гелиопоглощающую камеру выполняют в форме цилиндра, преимущественно, для энергетического обеспечения бытовых объектов;
гелиопоглощающую камеру выполняют в форме усеченной пирамиды, преимущественно, для создания бытовых объектов, в том числе для приготовления пищи;
гелиопоглощающую камеру выполняют в форме параллелепипеда, преимущественно, для бытовых объектов в северных регионах;
относительно гелиопоглощающей камеры, например в ее тороидообразной форме, размещают по меньшей мере два смежных стационарных внешних концентратора солнечных лучей, контуры которых близки к форме пустотелых усеченных пирамид, угловое положение и/или отдельные участки граней которых автономно регулируют и на которых посредством крепежных приспособлений размещают, преимущественно, плоский материал, снабженный, в частности, с обеих сторон лучеотражающими поверхностями, причем каждую из граней внешнего концентратора солнечных лучей выполняют, ориентировочно, в форме трапеций, стороны которых размещают попарно, ориентировочно, параллельно и перпендикулярно к поверхности почвы, причем несущие конструкции трапецеидальных граней выполняют из составных сборно-разборных конструктивных элементов, например в виде трубок, канатов, нитей и крепежных приспособлений, относительно которых осуществляют закрепление, в том числе мобильное, плоского материала с лучеотражающими поверхностями, причем трапецеидальные грани располагают относительно друг друга с технологическими зазорами, позволяющими производить их автономное обслуживание, при этом меньшие стороны оснований трапецеидальных граней каждого стационарного внешнего концентратора солнечных лучей закрепляют относительно наружной опорной базы гелиопог-лощающей камеры, в частности, посредством опор вращения, а противоположные стороны с большим основанием - например, посредством удерживающих канатных строп;
в качестве материала, размещаемого в плоскостях граней внешних концентраторов солнечных лучей и снабженного лучеотражающими поверхностями, применяют облегченные строительные конструкции и отделочные плиты наружного применения, усиленные деревометаллическими балками и/или предварительно напряженными канатами, за счет чего повышают проектно заданный предел ветровой нагрузки в рабочем состоянии внешнего концентратора солнечных лучей;
в качестве материала, размещаемого в плоскостях граней внешних концентраторов солнечных лучей и снабженного лучеотражающими поверхностями, применяют гибкий, например, тканевый материал, который покрывают пленочным материалом, содержащим лучеотражающее покрытие, причем последний защищают от атмосферных воздействий и механических повреждений защитным светопроницаемым материалом;
в качестве материала, размещаемого в плоскостях граней внешних концентраторов солнечных лучей и снабженного лучеотражающими поверхностями, применяют композитные, пластиковые и полимерные материалы;
в качестве материала, размещаемого в плоскостях граней внешних концентраторов солнечных лучей и снабженного лучеотражающими поверхностями, применяют плоский материал в виде жестких пластин, например, из стеклопластика, которые покрыты лучеотражающим материалом и которым приданы различные формы в компоновочных комплектах, соответствующие проектным формам и размерам указанных граней, причем пластины обеспечиваются маркировкой в соответствии с технологической схемой их закрепления в плоскости граней, при этом конструкции последних содержат приспособления для мобильного закрепления и снятия пластин;
в составе мобильных крепежных приспособлений, посредством которых располагают в плоскостях граней внешнего концентратора солнечных лучей гибкий лучеотражающий материал, применяют механизмы с намоточными барабанами, длина которых соответствует максимальной ширине гибкого лучеот-ражающего материала, посредством вращения которых последний разматывается и сматывается в плоскости указанных граней, причем гибкий лучеотражающий материал закрепляется, в частности, посредством канатов и/или высокопрочных нитей, а намоточные барабаны размещают, например, в качестве сторон оснований этих граней и фиксируют их относительно поверхности почвы и несущих конструктивных элементов;
в качестве основного гелиотермопреобразующего и теплоаккумулирующего материала, находящегося в трубных коллекторах и/или вспомогательных емкостях во внутренней среде гелиопоглощающей камеры, применяют вещества, преимущественно их смеси, с повышенной температурой кипения и удельной теплоемкостью фазовых переходов из твердого состояния в жидкое и обратно и способностью сохранения устойчивого состояния в расплавленном виде при температурах, значительно превышающих температуру кипения воды, например, смеси солей щелочных металлов и/или стеаринов, пластмасс, а в качестве вспомогательного, относительно низкотемпературного, гелиопоглощающего и теплоаккумули-рующего материала - например, воду, посредством которой окружают теплоизолированные емкости с основным, высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом, причем теплоаккумулирующий водный объем размещают в групповых теплоизолированных емкостях и/или трубных коллекторах, во
- 10 -
008117
внутреннем окружении которых размещены емкости с основным теплоаккумулирующим материалом, за счет чего в значительной мере утилизируют тепловые потери основного теплоаккумулирующего материала, при этом емкости с основным технологическим теплоаккумулирующим материалом соединяют с энергетическими каналами, в которые подают, в частности, воду и воздух из внутренней среды гелио-поглощающей камеры, где осуществляется повышение их энергетического потенциала как теплоносителей;
в качестве источника местного освещения используют высокотемпературный нагрев теплоаккуму-лирующего материала в гелиопоглощающей камере, например, за счет применения приборов, характеризующихся высокой термоэлектронной эмиссией и/или соответствующими спектральными характеристиками газовой ионизированной среды при повышении их температуры;
внешние концентраторы солнечных лучей применяют одновременно в качестве конфузоров, концентрирующих и направляющих приземный естественный ветропоток, для чего в едином конструктиве выполнения и размещения гелиопоглощающей камеры располагают ветронаправляющие жалюзи ниже и/или выше последних, посредством которых концентрированный ветропоток направляют к оси ветро-турбины на вход предшествующих ей термоаэродинамических ветровоздухоускорительных каналов;
гелиопоглощающую камеру совместно с размещенным относительно нее внешним концентратором солнечных лучей применяют для опреснения морской воды;
в бытовом и мобильном вариантах использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве средства для горячей обработки пищевых продуктов, в частности для сушки аптечных трав, грибов, овощей, фруктов и рыбопродукции;
в передвижном и бытовом вариантах использования гелиопоглощающую камеру применяют для горячей обработки керамических изделий;
в походном варианте использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве лабораторного варианта нагревательной печи, в том числе для получения расплавов легкоплавных материалов;
гелиопоглощающую камеру соединяют посредством текучей среды с полностью или частично теплоизолированным объемом теплоаккумулирующего материала, размещенным в теле земли, в частности в грунтовом слое под гелиопоглащающей камерой и/или в грунтовом слое, расположенном вблизи камеры.
Приведенные отличия способа термопреобразования солнечной энергии, согласно предполагаемому изобретению, относительно вышеуказанного прототипа и других известных технических решений ясны из предложенного выше описания и в дополнительных пояснениях не нуждаются, с учетом нижеследующего описания конкретного варианта реализации.
На фиг. 1 приведен один из схематических вариантов реализации способа термопреобразования солнечной энергии.
На фиг. 2 приведена схема компоновки гелиопоглощающей камеры.
На фиг. 3 показано размещение встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей. На фиг. 4 дан фрагмент компоновки строительного блока из сборочных модулей. На фиг. 5 приведена в плане схема реализации способа с применением тороидообразной гелиопог-лощающей камеры.
На фиг. 6 приведен фрагмент вертикального сечения тороидообразной гелиопоглощающей камеры по сечению А-А.
В приведенном на фиг. 1-6 варианте реализации способа термопреобразования солнечной энергии, согласно предполагаемому изобретению, с отдельными поясняющими подвариантами схематических решений показан практический путь преодоления традиционной конфликтной ситуации в гелиотермо-энергетике за счет последовательного соединения двух концентраторов и проводников солнечных лучей во взаимодействии с дополнительными лучеотражающими поверхностями, системно размещаемыми относительно гелиопоглощающей камеры.
Гелиопоглощающая камера 1 (фиг. 1) содержит теплоизолирующее днище 2, выполненное из пенобетона, стенки 3 и потолок 4, изготовленные из высококачественного теплоизолирующего светонепроницаемого материала, например из пеностекла, в котором расположены специальные устройства для инъекции солнечных лучей снаружи во внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры 1, более подробное описание которых будет дано ниже. Назначение гелиопоглощающей камеры, которая расположена на опорных стойках 5, заключается в том, чтобы аккумулировать во внутренней среде энергию солнечных лучей, для чего в ней созданы два температурных уровня термопреобразования солнечных лучей и аккумулирования тепловой энергии. Соответственно этим двум уровням применены следующие технологические гелиотермопреобразующие материалы (фиг. 2): высокотемпературный материал 6, в частности смесь материалов, с температурой кипения, существенно превышающей 100°С, и с повышенной удельной теплоемкостью при фазовом переходе из твердого состояния в расплавленное - жидкое и обратно; классический материал в термодинамике как рабочее тело - вода 7 с известными физическими свойствами. В качестве материала 6 может быть использовано олово с приемлемыми параметрами: температура плавления 232°С и удельная теплота плавления 14 ккал/кг. Однако более высокую технико-экономическую целесообразность имеет применение в качестве технологического материала 6 смеси на основе стеаринов, парафинов, солей щелочных металлов и некоторых видов пластмасс, которые могут
- 11 -
008117
характеризоваться температурой плавления в диапазоне 60-180°С, удельной теплотой плавления 30-40 ккал/кг и точкой кипения до 500°С при их невысокой себестоимости. Высокотемпературный материал 6 размещен в емкостях 8, которые погружены в воду 7, находящуюся в крупных, групповых емкостях 9. Емкости 8 имеют относительно небольшой объем, хорошо теплоизолированы, расположены на подставках и оформлены в конструктиве, позволяющем осуществлять их мобильную выемку в зону обслуживания. Емкости 8 размещены по длине гелиопоглощающей камеры с минимальными технологическими зазорами и накрыты сверху листовым материалом 10, например из стали, который содержит выступающие вниз теплоотводящие ребра, погруженные в материал 6 на достаточную глубину. Теплоотводящие ребра могут образовываться на листовом материале 10 путем штамповки с глубокой вытяжкой, что способствует (в случае его темного цвета) хорошему поглощению солнечных лучей и быстрой теплопередаче в среду технологического материала 6, при этом существенно снижаются лучевые потери тепловой энергии последнего, в том числе в расплавленном виде. В качестве высокотемпературного технологического материала 6 может быть применен дополнительно также сыпучий материал, который не доводят до температуры плавления, например щебень, который, кроме емкостей 8, размещают в подземных теплоизолированных хранилищах, соединенных с емкостями 8 теплообменными воздуховодами или трубопроводами с жидким теплоносителем. В других вариантах высокотемпературный теплоаккумулирующий материал размещают и транпортируют посредством металлических труб.
В среде высокотемпературного технологического материала 6 установлены энергетические каналы 11, в которые инжектируется нагретая вода 7 и горячий воздух из внутренней среды гелиопоглощающей камеры 1, образующих под воздействием повышенной температуры с помощью специальных технологических средств, которые не показаны, паровоздушную смесь с регулируемыми температурой и давлением в качестве рабочего тела для последующих применений. Паровоздушная смесь поступает по трубопроводам 12, через канал 13 в потолке 4 и регулятор 14, с автоматическим или ручным приводом, к блоку потребителей 15 тепловой энергии.
На графических иллюстрациях расположение энергетических каналов и средств 11, 12, 14 показано условно, а устройства для инъекции воды и воздуха, регулирования давления и температуры паровоздушной смеси не показаны, как элементы стандартные. Данный вариант образования и использования паровоздушной смеси лишь иллюстрирует применение предложенного способа термопреобразования солнечной энергии. Имеется целый ряд эффективных вариантов.
Стенки 3 и потолки 4 гелиопоглощающей камеры составлены из строительных блоков 16, которые выполнены как теплоизолирующие и лучепроводящие (фиг. 1, 3). Строительные блоки 16 выполнены из пеностекла, которое на фиг. 3, 4 отмечено специальной, легко понимаемой штриховкой. Они могут быть выполнены также из пенобетона, пенополиуретана и содержать арматурные сетки, что на иллюстрациях не показано. Главное требование к применяемому базовому материалу в них является обеспечение высокого качества теплоизоляции при дешевизне производства. Толщина теплоизолирующего материала в промышленных вариантах гелиопоглощающей камеры должна быть не менее 400 мм, и он по своим свойствам не предназначен для пропускания солнечных лучей, т.е. является светонепроницаемым, за счет чего реализуется весьма высокий, наперед заданный, уровень теплоизоляции гелиопоглощающей камеры 1.
Для проведения инъекций внешних солнечных лучей 17 в последнюю через проемы в теплоизолирующем светонепроницаемом материале строительных блоков 16 размещают встроенные концентраторы и проводники 18 солнечных лучей (фиг. 2-4), которые имеют требуемые уменьшенные выходные проемы, за счет чего может быть достигнута минимизация тепловых потерь, включая их лучевые компоненты. Поток солнечных лучей 17 значительно уплотняется ко входу во внутреннюю среду гелиопогло-щающей камеры 1 путем отражения от корпусов 19 встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, вмонтированных в толстый светонепроницаемый теплоизолирующий материал строительных блоков 16, для чего их поверхности покрываются слоем лучеотражающего материала 20 (на иллюстрациях отмечен пунктиром).
Корпусы 19 в данном случае реализации способа имеют вид усеченной пирамиды и выполнены из тонкостенного стекла, которое дополнительно покрыто пленкой, напыленной тончайшим слоем алюминия со стороны тела корпуса. Такая пленка создает зеркальный отражающий слой алюминиевой поверхности особо высокой чистоты (шероховатости ее не превышают четвертой части длины волны солнечного света). Высококачественные технологии и пленки для этих целей имеются в серийном производстве. Однако особенно перспективными материалами для этих целей и гелиоэнергетики в целом являются стеклянные и кварцевые пленки, работа над созданием которых проводится. Корпусы 19 встроенных концентраторов и проводников 18 солнечных лучей могут выполняться из более дешевых материалов, в частности из стального листа, из пластмасс, стеклопластиков и других материалов. Формы корпусов 19 могут принимать вид ряда других пустотелых геометрических форм - фигур в виде усеченных конусов, цилиндров, многогранных пирамид и призм, однако при всех этих формах существенно хуже используется внешняя облучаемая поверхность гелиопоглощающих камер 1. Если большие основания корпусов 19 (они хорошо представлены на фиг. 3, 4) имеют форму примыкающих друг к другу прямоугольников или квадратов, то наружная лучепроводящая поверхность камеры, через которую направляют солнечные
- 12 -
008117
лучи внутрь нее, является максимальной при фиксированной величине ее поверхности. При высоте строительных блоков 16 (фиг. 3, 4), определяющих толщину стенок 3 и потолков 4, равной 400-800 мм, соотношение площадей большего и меньшего оснований усеченных пирамид-концентраторов 18 может достигать больших величин при значениях углов между их гранями и осями 5-8°. Величина последних в указанном диапазоне уменьшает количество отражений солнечных лучей 17 при прохождении их через корпусы 19 встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, что позволяет минимизировать энергетические потери, связанные с поглощением и отражением солнечных лучей. Соотношение площадей большего и меньшего оснований - входных и выходных проемов определяет, как минимум, соответствующее снижение и тепловых потерь из внутренней среды гелиопоглощающей камеры 1 в окружающую атмосферу, для обеспечения чего они закрываются тонкими слоями светопроницаемого теплоизолирующего материала 21. В качестве данного материала может применяться тонкостенное стекло с хорошими оптическими характеристиками, стеклянные пленки и другие материалы. При этом "остекление" оснований корпусов 19 может осуществляться индивидуально, с зазорами между соответствующими участками светопроницаемого материала или в составе строительных блоков и даже стенок 3, потолков 4 в целом. Выбор варианта определяется принятой технологической схемой дополнительной утилизации тепловых потерь, в определенных вариантах которой воздух из внешней атмосферы получает целенаправленное движение вдоль внешних поверхностей корпусов 19, например во внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры для нагрева и дальнейшего использования как рабочего тела и теплоносителя.
На фиг. 4 приведен один из вариантов компоновки встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей в строительные блоки 16. Последние составлены каждый из трех сборочных модулей 22, между которыми образованы воздушные полости 23, играющие важную роль в повышении эффективности гелиопоглощающей камеры 1, в том числе в составе одной из технологических схем утилизации тепловых потерь. Сборочные модули 22 выполнены в данном случае из пеностекла, разделены опорными площадками 24 (условно показаны с совмещением функций переходного лучеотражателя) и имеют форму параллелепипеда с толщиной (высотой) каждого в отдельности 50-150 мм. В данном примере установки встроенного концентратора 18 его корпус 19 составлен из трех частей в виде усеченных конусов, разделенных между собой в пределах воздушных полостей 23 опорными площадками 24 с нанесенными на их цилиндрических поверхностях лучеотражающими покрытиями и имеющими на своих торцах радиальные пазы малой глубины для свободного продвижения воздуха. В другом варианте опорные площадки могут выполняться по торцам сборочных модулей 22 или в других местах, не связанных с каналом-световодом. Стыкование трех основных частей его может осуществляться без применения цилиндрических лучеотражающих вставок 24, а за счет сближения входных и выходных проемов в пределах воздушного зазора таким образом, чтобы солнечные лучи не получали доступа в воздушную полость 23 между сборочными модулями, но чтобы воздух имел возможность свободного протекания.
В данном примере показано выполнение корпусов встроенных концентраторов 18 из составных элементов (их может быть и больше трех) конической формы, хотя применение последней для самой наружной части корпуса 19 не является оптимальным.
Выходные и входные проемы каждого составного элемента корпуса 19 закрываются тонким слоем светопроницаемого теплоизолирующего материал. Между поверхностями составных модулей 22 могут быть продолжены слои светопроницаемого теплоизолирующего материала 21, как показано на фиг. 4, но при этом в последнем должны образовываться проходные отверстия соответствующей величины и в соответствующих местах для прохождения воздуха, в зависимости от принятой технологической схемы утилизации тепловых потерь, возникающих как на поверхностях корпусов 19, так и проникающих в них из замкнутой полости гелиопоглощающей камеры 1.
Выход концентрированного потока солнечных лучей 17 в последнюю осуществляется в данном варианте через дополнительный лучеотводящий канал 25 - внутренний световод, также снабженный луче-отражающей поверхностью 20. В данном световоде производится увеличение площади поперечного сечения концентрированного потока (пучка) солнечных лучей 17 с уменьшением плотности их энергосодержания и ориентацией их в заданную координатную область технологического гелиопоглощающего материала 6, 7. В представленном варианте такая ориентация осуществляется за счет применения вспомогательных лучеотражающих поверхностей 26 (фиг. 2, 3), которые выполняются, преимущественно, с регулируемым положением и содержат еще и боковые лучеотражающие грани (на фиг. 4 не показаны). Закрепление внутренних световодов 25 производится с помощью проемов, выполненных в дополнительном теплоизолирующем слое 27. Этот слой выполняют из температуроустойчивого материала, например пеностекла, покрытого дополнительным теплоизолятором, в частности - асбестоцементными плитами, предназначен для термоизоляции от высокотемпературной внутренней среды гелиопоглощающей камеры 1 ее внутренней опорной, несущей конструктивной базы 28 (например, в виде деревометаллических балок, хорошо зарекомендовавших себя как эффективная элементная база для предстоящего гелиоэнер-гетического строительства). Расположение несущих конструкций внутренней опорной базы 28 основано на том, что расстояния между осями встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, между их меньшими основаниями - выходными проемами имеют значительную величину ввиду конической
- 13 -
008117
(пирамидальной) конструкций корпусов 19. Конструкция, таким образом, выполнена так, что опорные балки, определяющие прочность и ветроустойчивость гелиопоглощающей камеры 1, располагаются между пучками высококонцентрированных потоков солнечных лучей, без уменьшения ее наружной светопроницаемой поверхности. Такое техническое решение имеет исключительно важное значение для реализации способа, согласно предполагаемому изобретению, и для преодоления ограничений в обеспечении необходимого качества теплоизоляции гелиопоглощающей камеры 1. Более того, так как воздух во внутренней среде последней в нагретом виде используется в энергетических целях и его необходимо постоянно пополнять, то воздушная полость между дополнительным теплоизолирующим слоем 27 и внутренней поверхностью ее включается в технологическую схему утилизации тепловых потерь, с подачей внешнего воздуха через указанные выше воздушные слои, отсасывая тепловые потери из тела строительных блоков и эффективно охлаждая все нуждающиеся в этом элементы конструкции. В гелиопогло-щающей камере 1 предусмотрены резервные и предохранительные воздушные каналы: а) через днище 2 проведен вспомогательный воздухозаборный канал 29 с регулируемой заслонкой 30 и отверстие 31 в замкнутую полость, отделенную дополнительным теплоизолирующим слоем 27; б) через потолок 4 проведен вспомогательный воздухоотводящий канал 32, подключенный к регулируемой заслонке 33, на входе которой может быть установлен автоматический предохранительный клапан от превышения давления и температуры относительно заданного предельного значения в гелиопоглощающей камере 1. Выход воздуха из полости, отделенной дополнительным теплоизолирующим слоем 27, во внутреннюю среду последней осуществляется через воздухопротоки 34. Аналогичный канал из приспособлений 29, 30, 31 выполняется и в первом воздушном слое 23 между сборочными модулями 22, что на иллюстрациях не показано. Эти вспомогательные воздухозаборные каналы созданы для случаев, когда производительности воздухопрокачки вдоль поверхностей корпусов 19 встроенных концентраторов 18 недостаточно по условиям отбора мощности из гелиопоглощающей камеры 1.
Для высокоэкономичного увеличения мощности гелиотермопреобразования и повышения температуры в технологических материалах 6, 7 применены внешние концентраторы солнечных лучей 35 и дополнительные лучеотражающие поверхности 36. Внешний концентратор включает в себя верхнюю 37 и нижнюю 38 лучеотражающие поверхности, а также боковые 39 лучеотражающие поверхности (фиг. 5), которые расположены приблизительно вертикально и потому на фиг. 1 не показаны..
Все четыре лучеотражающие поверхности-грани внешнего концентратора 35 солнечных лучей 17 ориентированы между собой в пространственной форме, напоминающей усеченную четырехгранную пирамиду. Если бы ему придавались упрощенные функции, приблизительно, как для удешевленных бытовых вариантов, то его грани совместно образовывали бы вполне точную форму усеченной пирамиды. Однако в данном достаточно эффективном варианте реализации способа, согласно предлагаемому изобретению, верхняя 37 и нижняя 38 грани внешнего концентратора 35 солнечных лучей выполнены поворотными относительно поверхности почвы в функции координат солнечного диска на небосводе (или времени суток), чтобы обеспечивать возможно большую энергоемкость потоков солнечных лучей 17, поступающих на облучаемую поверхность гелиопоглощающей камеры 1, и направлять их во внутренний концентратор 18 (и проводник) солнечных лучей под возможно меньшим углом к его оси. Кроме того, внешнему концентратору 35 солнечных лучей 17 придаются и дополнительные параллельные функции как концентратора естественного ветра 40.
Верхняя грань 37 выполнена приблизительно трапецеидальной и закреплена со стороны меньшего основания посредством опор вращения 41, расположенных на несущей конструкции 42, встроенной во внешнюю опорную базу гелиопоглощающей камеры 1. Непосредственное определение углового положения грани 37 осуществляется канатами 43 (канатными стропами), присоединенными одними своими концами к натяжным механизмам 44, 45, 46, а другими - к периферийным окончаниям несущей конструкции грани. Натяжные механизмы 44, 45 расположены на тыльной опорной конструкции 47, относительно которой закреплена также дополнительная лучеотражающая поверхность 36 посредством опор вращения (поворота) 48, канатных строп 49 и натяжного устройства 50 (второе натяжное устройство этой конструкции совмещено с указанным выше натяжным устройством 46).
Нижняя грань выполнена также, приблизительно, в трапецеидальной форме и закреплена со стороны меньшего основания посредством опор вращения 51 (скольжения или качения) к опорным стойкам 52, расположенным посредством крепежных средств на поверхности почвы 53. Опорные стойки 52 являются составной частью наружной опорной базы гелиопоглощающей камеры 1 и частью опорных конструкций, к которым (в частности посредством вертикальных опор вращения) закреплены боковые луче-отражающие поверхности 39 - боковые грани, ориентировочно трапецеидальной конструкции внешнего концентратора солнечных лучей. Периферийная часть нижней грани 38 в крайнем положении под углом около 30° к горизонтальной плоскости опирается на несущие стойки 54, высота которых в промышленных конструкциях составляет величину около 2 м. Территория под нижней гранью 38 предназначена для хозяйственного использования, в частности для возделывания овощей и фруктов в условиях, приближенных к тепличным. Угол поворота нижней лучеотражающей поверхности 38 задается с помощью канатных строп 55, которые одними своими концами закреплены к ее периферийным конструкциям, а другими - к натяжным механизмам 56, закрепленным, в частности, на несущих конструкциях 42.
- 14 -
008117
Базовые конструкции граней 37, 38, 39 внешних концентраторов солнечных лучей могут быть выполнены на основе легких, прочных и жестких деревометаллических балок со специальной пропиткой, к которым прикрепляется несущий материал граней, покрытый лучеотражающими поверхностями. В промышленном, достаточно мощном варианте реализации способа, согласно предлагаемому изобретению, несущий конструктив нижней грани 38 выполняется из стеклопластика или в виде деревянного настила, которые выдерживают высокие ветровые нагрузки в рабочем положении - до 30 м/с. При более высокой ветровой нагрузке натяжными механизмами 56 с помощью канатных строп 55 эта грань поднимается в крайнее верхнее ветрозащитное положение и упирается в ранее собранный пакет из трех других граней (37, 39), которые вместе опираются на несущую конструктивную базу гелиопоглощающей полости и способны выдерживать скорость ветра до 50 м/с. В тех регионах, где имеют место тайфуны со скоростью ветра более 180 км/ч, применяются дополнительные средства ураганозащиты.
Несущий материал, покрытый лучеотражающими поверхностями, трех других граней (верхней и двух боковых) может представлять собой эластичные поверхности, тканевые или стеклопластиковые с упрочняющими нитями или сетками, либо более жесткие поверхности - из стеклопластика, пенополиуретана, других достаточно прочных композитных материалов. Они должны выдерживать ветровую нагрузку в рабочем положении до 20 м/с, по достижении которой они складываются в пакет, опирающийся на базовые несущие конструкции высокой прочности. При скорости ветра более 30 м/с они предохраняются нижней гранью, которая поднимается в крайнее верхнее ветрозащитное положение.
В маломощных промышленных, бытовых, а особенно передвижных вариантах реализации предложенного способа, согласно предлагаемому изобретению, особенностью конструкции всех граней 37, 38, 39 внешнего концентратора 35 солнечных лучей 17, а также и самой гелиопреобразующей камеры 1 является мобильность сборки-разборки с применением легких труб, канатов и приспособлений для закрепления несущих материалов с лучеотражаюшими покрытиями в плоскости граней. В случае использования гибких несущих материалов могут быть применены намоточные барабаны с механизмами намотки-размотки. Однако общей особенностью для всех вариантов конструкций является облегченность граней 37 и 39 и повышенная прочность нижней грани 38, которая определяет результирующую ветроустойчивость всей конструкции.
Если в передвижном варианте боковые грани внешнего концентратора солнечных лучей имеют общую поверхность 20 м2 , которая быстро и легко собирается и перебазируется, то это означает, что сборно-разборная гелиопоглощающая камера с поверхностью каждой из четырех стенок в 1 м2, будет иметь мощность в большинстве регионов России и Беларуси 1-2 кВт, с возможностью простого наращивания ее до 5-10 кВт за счет применения дополнительных лучеотражающих поверхностей 36.
Последние могут выполняться в многочисленных конструктивных исполнениях. В рассматриваемом одном из промышленных вариантов уже указывалось размещение дополнительной лучеотражающей поверхности с закреплением посредством опоры вращения 48 относительно опорной стойки 47 (фиг. 1). Хорошим технико-экономическим вариантом является закрепление дополнительных лучеотражающих поверхностей относительно канатных трасс - верхней 57 и нижней 58, особенности подвески которых не показаны. Особенно важно то, что такие дополнительные лучеотражающие поверхности могут располагаться и с северной стороны гелиопоглощающей камеры 1, а наклон их может легко регулироваться положением канатной трассы 58. Лучеотражающие (дополнительные) поверхности 36 для бытовых установок могут изготавливаться в виде набора легких пластин, сворачиваемых в рулоны гибких материалов, могут располагаться и закрепляться посредством самых различных подручных средств.
Особенностью варианта реализации способа для северных регионов, где мощность солнечной радиации в зимний период уменьшается до 0,03 кВт/м2 и ниже, является использование многорядных канатных конструкций, по типу приведенной конструкции с канатными трассами 57, 58, а также подъемных конструкций с помощью резервуаров с легким газом, удерживающихся натяжными устройствами посредством канатных растяжек и располагаемых таким образом, чтобы направлять во входной проем внешнего концентратора солнечных лучей как прямые лучи от низко расположенного солнечного диска, так и отраженные снежным покровом солнечные лучи с весьма больших территорий. Так как стоимость каждой тысячи квадратных метров дополнительных лучеотражающих поверхностей в условиях северных регионов не будет превышать 6-7 тыс. долларов США, то это означает, что каждый 1 кВт установленной тепловой мощности гелиопоглощающей камеры не будет превышать (при мощности солнечной радиации 0,03 кВт/м2) 300 долларов США. Стоимость 1 кВт установленной мощности стандартной ТЭЦ, работающей на природном газе, существенно превышает это значение. Однако при реализации способа, согласно предлагаемому изобретению, отпадает необходимость доставки и сжигания природного газа, нефтепродуктов или угля с целью получения тепловой, а далее - электрической энергии.
В таких регионах, как например в Арабской Республики Египет, Ираке, Саудовской Аравии и вообще государствах Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии, в том числе в Индии, Вьетнаме, Корее и Китае, стоимость 1 кВт установленной мощности гелиотеплоэлектростанций после отработки их компонентов в серийном производстве, а также с учетом производства и электрической энергии, не будет превышать 400 долларов США, т. е. серийные гелиотеплоэлектростанции мощностью 1 млн кВт будут иметь стоимость не более 400 млн долларов, а окупаемость затрат на строительство не превысит 3 лет.
- 15 -
008117
В рассматриваемом варианте реализации предложенного способа внешнему концентратору 35 солнечных лучей приданы функции концентратора приземного естественного ветра с целью дополнительной выработки электроэнергии. Ветер 40, поступающий во входной его проем, энергетически уплотняется, проходя сквозь созданную пирамидообразную конструкцию. Нижний слой концентрированного ветра 40 поступает через ветронаправляющие и лучеотражающие конструкции 59 под нижнюю поверхность днища 2 и далее преобразуется в каналах, которые на графических иллюстрациях не показаны. Наклонная нижняя поверхность днища 2 позволяет утилизировать в направленный ветропоток просачивающиеся тепловые потери и даже создавать искусственный ветропоток в дополнение к естественному.
Средний и верхний слои ветропотока 40 поступают в ветропреобразующие каналы, отражаясь от верхней грани 37 и боковых граней 39.
Дополнительные лучеотражающие поверхности могут закрепляться таким образом вокруг гелиоп-реобразующей камеры 1, что, отражая солнечные лучи в необходимом направлении, они также ориентируют и концентрируют естественный ветропоток.
Гелиопоглощающая камера 1 со встроенными концентраторами и проводниками 18 солнечных лучей 17 и внешними концентраторами 35 солнечных лучей и естественного ветра, энергетически усиленные дополнительными лучеотражающими поверхностями 36, составляют единый гелиотермопреобра-зующий комплекс, позволяющий в последующих каналах вырабатывать дешевую электроэнергию.
На фиг. 5 представлен один из вариантов реализации способа, согласно предлагаемому изобретению, для мощных промышленных конструкций теплоэлектростанций. Здесь гелиопреобразующая камера 1 выполнена в ориентировочно тороидальной форме, охватывая ось 60 и внутреннее пространство 61, в котором размещаются последующие энергопреобразующие каналы.
Вертикальными лучеотражающими и ветроотражающими гранями 39 внешнее окружающее пространство рассечено на 12 секторов, а вокруг этого пространства размещены канатные трассы 57, 58, по которым вокруг оси 60, по кругу, перемещается дополнительная лучеотражающая поверхность, наклон которой относительно поверхности почвы зависит от места расположения и, соответственно, от положения солнца. Изменение наклона дополнительной лучеотражающей поверхности 36 в соответствии с передвижением солнечного диска по небосводу позволяет направлять солнечные лучи на встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей с максимальной мощностью их потока под минимальным углом к их осям.
На фиг. 6 представлен фрагмент рассматриваемого варианта реализации способа, согласно предполагаемому изобретению, по сечению А-А, указанному на фиг. 5. В данном случае в вертикальном сечении представлена гелиопоглощающая камера 1, охватывающая вокруг оси 60 рабочее пространство 61, где осуществляется переработка тепловой энергии, полученной в результате поглощения камерой 1 солнечных лучей 17, подаваемой в пространство 61 в виде перегретой паровоздушной смеси. Последнее относится к большей части потребителей 15 тепловой энергии. На фиг. 6 показаны различные варианты расположения дополнительных лучеотражающих поверхностей 36 и направления отраженных ими солнечных лучей 17 во входную полость внешних концентраторов 35 солнечных лучей.
На приведенных иллюстрациях больше внимания уделено пояснениям к более сложным вариантам реализации предложенного способа, особенно в части поворотных граней внешнего концентратора солнечных лучей и сборной конструкции строительного блока встроенного концентратора и проводника солнечных лучей. Однако способ может быть реализован и при неподвижных гранях внешнего концентратора и, в частности, с применением локальных поворотных участков его боковых граней, которые содержат лучеотражающий материал по меньшей мере с одной стороны их поверхностей, с групповым или индивидуальным приводом поворота этих участков.
Строительные блоки, содержащие встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей в массиве светонепроницаемого материала с высокими теплоизоляционными свойствами, при хорошо подготовленной технологии производства, преимущественно, не включают в себя составные модули, а их внутренние лучеотражающие поверхности создаются напылением зеркального слоя на несущие поверхности, в частности на стеклянные колбы, в том числе в форме, ориентировочно, усеченных пирамид. В этом случае для прохождения воздухопотока, утилизирующего тепловые потери, через внутреннюю среду строительных блоков в теплоизолирующих боковых гранях последних выполняются отверстия, а между корпусом, несущим зеркальный лучеотражающий слой, и гранями каждого строительного блока создаются в виде небольших зазоров каналы для омывания внутренним воздушным потоком лучеотра-жающего слоя. Утилизирующий тепловые потери воздухопоток из окружающей атмосферы поступает в подобных вариантах реализации во внутреннюю среду строительных блоков по двум параллельным каналам: через неплотности между наружным светопроницаемым теплоизолирующим материалом и боковыми теплоизолирующими гранями строительного блока, с одной стороны, и через дополнительно образованные отверстия по периметру днища гелиопоглощающей камеры с пристроенными регуляторами секундного объема входящего воздуха, выполненными из теплоизоляционного материала, с другой стороны. Специальный откачивающий агрегат создает направленные воздушные потоки через внутреннюю среду всей системы строительных блоков, которые, суммируясь между собой, создают утилизирующий тепловые потери воздухопоток, который далее используется по тому или иному технологическому на
- 16 -
008117
значению.
Дополнительные лучеотражающие поверхности, располагаемые в стороне от гелиотермопреобра-зующей камеры, в своей многовариантности реализации имеют исключительно высокий потенциал повышения эффективности гелиотеплоэлектростанции. Как пример одного из вариантов следует отметить выполнение дополнительных лучеотражающих поверхностей в виде весьма легких поворотных панелей большой длины и площади, располагаемых в специально выполненных траншеях, которые закрываются светопроницаемым теплоизолирующим материалом (двухслойной тонкой пленкой) и выполняют функции теплиц, где на наклонных (по 45°) грунтовых поверхностях и частично на днище траншей выращиваются овощи и ягоды (солнечного света для этих целей в траншеях оказывается достаточно).
Работает предложенный способ термопреобразования солнечных лучей, согласно предлагаемому изобретению, в одном из вариантов его реализации, приведенном на фиг. 1-6, следующим образом.
Солнечные лучи 17, прямые и отраженные от дополнительных лучеотражающих поверхностей 36, поступают во входной проем внешнего концентратора 35 солнечных лучей, имеющего форму, напоминающую усеченную четырехгранную пустотелую пирамиду. Часть их поступает через внутреннюю полость последнего непосредственно во встроенные концентраторы и проводники 18 солнечных лучей в составе строительных блоков 16. Другая часть солнечных лучей 17 попадает на лучеотражающие грани 37, 38, 39, сходящиеся между собой к контуру, напоминающему меньшее основание созданной пирами-дообразной формы, и отражается от них, попадая в него как в выходной проем внешнего концентратора 35 солнечных лучей в составе энергетически уплотненного потока. Этот предварительно концентрированный лучевой поток поступает через встроенные концентраторы и проводники 18 солнечных лучей во внутреннюю полость гелиопоглощающей камеры 1 в виде высококонцентрированньгх лучевых пучков через выходные проемы последних с малыми поперечными сечениями (в сравнении со входными проемами встроенного концентратора и проводника солнечных лучей). Плотность энергии солнечных лучей, входящих в гелиопоглощающую камеру 1, такова, что температура в камере может подниматься до 500°С и выше. При такой внутренней температуре должны быть очень высокие тепловые потери, которые в известных способах использования солнечной энергии превысили бы энергию, вносимую солнечными лучами извне. Поэтому температура во внутренней среде в лучших из существующих технических гелиотермопреобразователей не превышает 70-80°С. Однако встроенный концентратор в рассматриваемом варианте, благодаря малому поперечному сечению выходного проема, сводит и лучевую, и конвек-тивно-кондуктивную компоненты тепловых потерь к малой или даже незначительной величине с учетом высоких теплоизолирующих характеристик и большой толщины базового, воспринимающего внешнюю силовую нагрузку, светонепроницаемого теплоизолирующего материала в строительных блоках 16 ге-лиопоглощающей камеры 1. В то же время последовательно соединенный с ним внешний концентратор 35 солнечных лучей мощно подпитывает входящий в гелиопоглощающую камеру 1 поток солнечных лучей, словно мощный насос, в свою очередь подпитываясь из окружающей атмосферы, как от источника бесконечной мощности, отраженными солнечными лучами от дополнительных лучеотражающих поверхностей 36. Стоимость последних в данном варианте реализации способа незначительна в сравнении со стоимостью технологических элементов накопления и преобразования тепловой энергии, и они размещены в тех объемах окружающего пространства, которые необходимы для получения требуемого количества энергии, в том числе на любых расстояниях - в пределах прямолинейной связи между ними и центром. Пучки высококонцентрированных солнечных лучей поступают во внутреннюю полость гелио-поглощающей камеры 1 посредством внутренних светоотводов 25, 26, которые расширяют эти пучки, снижая их энергетическую плотность, способную прожигать темные предметы, и направляют их на поверхности высокотемпературного гелиотермопреобразующего материала 6 и окружающей его воды 7. Хотя материал 6, имея температуру более 150°С и даже значительно большую, расположен в хорошо теплоизолированных емкостях 8, теплопотери из них весьма значительны. Однако они утилизируются в большинстве своем в повышение температуры воды 7, а также окружающего воздуха. Горячая вода подается в энергетические каналы 11 для образования пара как рабочего тела с частичным возвращением ее в круговом цикле и восполнением ее объема извне. Параллельно с этим в энергетические каналы 11 под давлением подается нагреваемый воздух из внутренней среды гелиопоглощающей камеры 1, за счет чего образуются экономически наиболее выгодные режимы парообразования и создается паровоздушная смесь как рабочее тело при получении электрической энергии в паротурбоэлектроагрегатах, ветротурбо-электроагрегатах и при теплоснабжении других потребителей 15. Паровоздушная смесь подается для энергопреобразований по каналам 12, 13 через регулятор отдаваемой мощности 14.
Вместе с тем откачка нагретого воздуха из внутренней среды гелиопоглощающей камеры 1 создает в ней разрежение, под воздействием которого через воздушные полости 23, образованные между сборочными модулями 22, и вдоль наружных поверхностей корпусов 19 встроенных концентраторов 18 вызывается однонаправленный воздушный поток из окружающей атмосферы внутрь, который утилизирует все виды теплопотерь, повышая одновременно надежность функционирования всей конструкции за счет стабилизации ее температуры. Если температура внутренней среды и корпуса в целом гелиопоглощаю-щей камеры 1 возрастает относительно задаваемых режимов, увеличивают отдачу полезной тепловой мощности через регулятор 14, а когда это невозможно по каким-либо обстоятельствам, вступает в дейст
- 17 -
008117
вие предохранительная система энергоканалов и устройств 29, 30, 31, 32, 33, 34.
С целью дополнительного снижения теплопотерь от высокотемпературного технологического материала 6, находящегося преимущественно в расплавленном лучеизлучающем состоянии, он накрыт в емкостях 8 темным, глубоко гофрированным листовым материалом 10, например стальным листом. Его гофры или дополнительные внутренние теплоотводы передают тепловую энергию расплавленному технологическому материалу 6, резко ограничивая излучение теплопотерь, а через него и теплоизолированные емкости 8 - воде с последующим использованием этой тепловой энергии.
Несмотря на использование указанных технологических схем утилизации тепловых потерь, корпус гелиопоглощающей камеры имеет повышенную температуру относительно окружающей среды, за счет чего все же происходит теплопередача окружающему воздуху. Поэтому предложенный способ предусматривает и внешний контур утилизации тепловых потерь путем использования нагреваемого окружающего воздуха. Схема такого использования основана на том, что внешний концентратор 35 солнечных лучей 17, имея приближенную пирамидообразную форму, напоминает и известные ветроконцентри-рующие конфузоры, имея при этом значительные пространственные размеры. В связи с этим в рассматриваемом способе внешний концентратор 35 солнечных лучей 17 применяют и как концентратор естественного ветропотока 40. Кроме того, наклонная поверхность днища 2 гелиопоглощающей камеры 1 через свои теплопотери создает и искусственный ветер из окружающей среды в сторону технологического пространства 61, охватывающего ось 60 как осевой геометрический центр наружной поверхности камеры 1, в том числе в замкнутой тороидальной форме. Созданию искусственного ветра со всех сторон от периферии к центру содействуют лучеотражающие концентраторы ветра, расположенные по кругу.
Следовательно, естественный и искусственный ветропотоки 40 омывают наружную поверхность гелиопоглощающей камеры 1 и внутренние поверхности внешнего концентратора 35 солнечных лучей 17, нагреваемых отражающимися солнечными лучами, отнимая образующееся тепло вне камеры, и направляются в технологическое кольцевое пространство 61, где используются в дальнейших термодинамических и аэробарических процессах энергопреобразования (их принципы и схемы в данном случае не рассматриваются).
В результате реализации способа, согласно предлагаемому изобретению, с применением последовательного соединения концентраторов солнечных лучей и дополнительных лучеотражающих поверхностей производится целенаправленная накачка солнечных лучей в гелиопоглощающую камеру, при этом создается возможность осуществления особо эффективной теплоизоляции гелиопоглощающей камеры, обеспечивается многоуровневая утилизация тепловых потерь, посредством чего разрешается главная конфликтная ситуация в гелиотермопреобразованиях, снижаются или даже устраняются пределы ограничения тепловых потерь и наращивания мощности энергетических преобразований в гелиопоглощаю-щих установках, покрытых светопроницаемым теплоизолирующим материалом. Это позволяет создавать мощные гелиотермопреобразующие комплексы, удельная стоимость которых не превышает достигнутого уровня ее в традиционных промышленных и бытовых котельных и ТЭЦ, работающих на основе сжигания энергетического сырья, и прокладывает путь к экологическому и технико-экономическому преобразованию всей энергетики.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Устройство термопреобразования солнечной энергии, содержащее гелиопоглощающую камеру, включающую теплоизолирующие днище, боковые поверхности и верхнее покрытие в виде стенок и потолка, выполненные преимущественно из светопроницаемого материала и образующие совместно ее внутреннюю нагреваемую солнечными лучами замкнутую теплоизолированную полость, в которой размещены гелиопоглощающие материалы с повышенными теплоаккумулирующими свойствами, и технологические средства ориентации и преобразования энергии солнечных лучей в окружающем его пространстве, отличающееся тем, что названные стенки и потолок выполнены с применением встроенных посредством теплоизолирующего светонепроницаемого материала концентраторов и проводников солнечных лучей, созданных в форме усеченных пирамид, внешние основания которых по своим размерам превышают внутренние основания и создают наружную светопроницаемую поверхность гелиопогло-щающей камеры с малыми технологическими расстояниями между их смежными сторонами, образованными с помощью теплоизолирующего материала, в то время как смежные стороны внутренних оснований размещены на существенно больших расстояниях между собой, в результате чего из теплоизолирующего светонепроницаемого материала образованы на поверхности гелиопоглощающей камеры продольные и/или поперечные светонепроницаемые дистанцирующие полосы, к части которых примыкают с внутренней стороны несущие конструкции гелиопоглощающей камеры, преимущественно отделенные от ее внутренней полости вспомогательной теплоизолирующей поверхностью с воздушным зазором, причем основания встроенных пирамидообразных концентраторов и проводников солнечных лучей выполнены из светопроницаемого теплоизолирующего материала, в частности листового стекла, а боковые грани выполнены с применением лучеотражающего материала таким образом, что поступающие через внешние основания солнечные лучи концентрируются в энергонасыщенные лучевые пучки, проходящие
- 18 -
008117
внутрь гелиопоглощающей камеры через меньшие основания, образующие светопроницаемые проемы в последней, причем в указанной вспомогательной теплоизолирующей поверхности преимущественно выполнены соответствующие светопроницаемые проемы, в частности, оснащенные лученаправляющими приспособлениями, при этом по меньшей мере к части наружной светопроницаемой поверхности гелио-поглощающей камеры присоединены вторые - внешние концентраторы и проводники солнечных лучей значительно больших размеров, чем первые, выполненные также в форме усеченных пирамид, меньшие основания которых примыкают к ней с конструктивно заданными зазорами, а большие основания ориентированы навстречу потокам солнечных лучей из внешней среды, причем боковые грани их также выполнены с применением лучеотражающего материала, при этом в окружающем пространстве размещены средства дополнительной накачки солнечной энергии в гелиопоглощающую камеру, созданные посредством лучеотражающих поверхностей, ориентирующих отраженные солнечные лучи на большие светопроницаемые основания внешних концентраторов и проводников солнечных лучей, и размещенные с помощью созданных несущих конструкций и/или расположенных в окружающей среде сооружений и соответствующих естественных поверхностей, в том числе покрытых в зимний период лучеотражающей поверхностью снега, при этом внутренние светопроницаемые полости встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей и воздушные зазоры, образованные посредством вспомогательных теплоизолирующих поверхностей, связаны между собой воздухопроводящими каналами, одни концы которых имеют выход во внешнюю окружающую среду, а другие соединены с потребителями тепловой энергии, в том числе с замкнутой теплоизолированной полостью гелиопоглощающей камеры, за счет чего создана система утилизации ее тепловых потерь, при этом последняя снабжена по меньшей мере одним технологическим входным проемом и дополнительными средствами преобразования тепловой энергии, в том числе посредством турбогенераторов.
2. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что гелипогло-щающая камера содержит емкость с текучим теплоаккумулирующим материалом, которая соединена посредством трубопроводов с теплоизолированным объемом аналогичного теплоаккумулирующего материала, размещенным в грунтовом или водном слоях и/или на их поверхности в близлежащем окружающем пространстве.
3. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что в случае создания гелиопоглощающей камеры в близкой к цилиндрической форме конструкции внешний концентратор и проводник солнечных лучей выполнен с применением опор вращения и приспособлений для его перемещения относительно светопроницаемой поверхности гелиопоглощающей камеры, вокруг ее геометрического центра.
4. Устройство термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающееся тем, что гелиопогло-щающая камера снабжена предохранительными средствами от превышения давления в ее воздушной среде и в емкостях с жидким теплоаккумулирующим материалом.
Фиг. 1
- 19 -
008117
Фиг. 2
Фиг. 4
- 20 -
008117
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
- 21 -