способ термопреобразования солнечной энергии

Формула изобретения

1. Способ термопреобразования солнечной энергии, основанный на повышении теплоизоляционных характеристик и светопроницаемости поверхностей замкнутой гелиопоглощающей камеры, где осуществляют преобразование энергии солнечных лучей в тепловую энергию и которую ограничивают со всех сторон теплоизолирующим материалом, в частности, в виде теплоизолирующих днища, стенок и потолка, причем последние выполняют, преимущественно, из светопроницаемых материалов, нагревая размещенные в ней технологические гелиотермопреобразующие материалы, и одновременно с этим чтобы обеспечивалось ограничение тепловых потерь, включая их лучевые компоненты, через светопроницаемые материалы, занимающие по площади часть поверхностей указанных стенок и потолков и снижающие их теплоизоляционные характеристики, применении в гелиопоглощающей камере технологических материалов с лучепоглощающими характеристиками, удельными теплоемкостями и теплоаккумулирующими свойствами и накоплении тепловой энергии в технологических материалах гелиопоглощающей камеры на период, определяемый техническими требованиями энергопотребителей и статистическими характеристиками погодных и сезонных условий, отличающийся тем, что внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры отделяют от внешней окружающей среды со стороны внутренних поверхностей ее стенок и/или потолков, преимущественно, светонепроницаемым теплоизолирующим материалом, в то время, как солнечные лучи 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 солнечных лучей с помощью лучеотражающих поверхностей, располагаемых в окружающем гелиопоглощающую камеру пространстве таким образом, чтобы отраженные ими солнечные лучи поступали на облучаемые участки последней, например, ориентируют их по образу усеченной четырехгранной пустотелой пирамиды, грани которой снабжают лучеотражающим материалом и создают посредством них периферийные границы ее меньшего основания, примыкающего непосредственно к наружной поверхности гелиопоглощаюшей 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, сконцентрированным потоком на соответствующие участки поверхностей гелиопоглощающей камеры, причем площадь входного проема внешнего концентратора солнечных лучей превышает площадь его выходного проема, при этом угловое положение, по меньшей мере, одной из граней последнего регулируют относительно наружной поверхности гелиопоглощающей камеры в функции времени суток и годовых сезонных периодов, для чего между указанными смежными гранями относительно поверхности гелиопоглощающей камеры создают свободные технологические зазоры, позволяющие изменять их взаимное положение, а в качестве второго применяют встроенный концентратор и проводник солнечных лучей, который образуют посредством создания поля встроенных на всю толщину светонепроницаемого теплоизолирующего материала, охватывающего гелиопоглощающую камеру, объемных геометрических форм, например в виде пустотелых усеченных четырехгранных пирамид и/или конусов, поверхности которых покрывают лучеотражающим материалом, а свободные основания закрывают тонким светопроницаемым теплоизолирующим материалом, благодаря чему данные геометрические формы содержат фиксированный объем теплоизолирующей газовой среды, при этом внешний концентратор солнечных лучей снабжают дополнительными лучеотражающими поверхностями, размещенными 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 и/или приспособлений с подъемными резервуарами и надувными формами, близлежащих строений, подручных средств и соответственно ориентированных складок местности, 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 дополнительные потоки солнечных лучей, отраженных снежным покровом, при этом на наружных поверхностях светонепроницаемого теплоизолирующего материала гелиопоглощающей камеры, в котором расположены встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей, размещают их большие по площади основания, геометрические параметры и взаимное расположение которых выбирают таким образом, что близлежащие стороны смежных оснований примыкают друг к другу, в то время как на внутренней поверхности ее светонепроницаемого теплоизолирующего материала располагают меньшие основания встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, площадь каждого из которых меньше площади большего основания и определяет сечения концентрированных потоков солнечных лучей, входящих в гелиопоглощающую камеру, причем между близлежащими сторонами меньших оснований образуют расстояния, превышающие длину их поперечного сечения, благодаря чему дополнительно снижают тепловые потери гелиопоглощающей камеры, включая их лучевые компоненты, располагают опорные конструкции последней и отделяют их от ее внутренней среды дополнительным теплоизолирующим слоем из материала, при этом созданную воздушную среду, в которой расположены названные опорные конструкции, отделенную дополнительным теплоизолирующим слоем, соединяют со средствами утилизации тепловых потерь гелиопоглощающей камеры, посредством которых нагреваемый ими воздух откачивают и применяют как теплоноситель различного назначения, причем для направления концентрированных потоков солнечных лучей, выходящих из встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, создают внутренние лучеотводы, например, в виде пустотелых стеклянных трубок, снабженных лучеотражающими поверхностями, которые закрепляют посредством образованных проходных отверстий в дополнительном теплоизолирующем слое и которым придают форму, обеспечивающую на их выходе увеличение поперечного сечения каждого концентрированного потока солнечных лучей и направление его на фиксированные участки гелиопоглощающих и теплоаккумулирующих технологических материалов, в том числе, с применением промежуточных лучеотражающих и лучеэкранирующих поверхностей.

2. Способ термопреобразования солнечной энергии по п.1, отличающийся тем, что эффективность теплоизоляции и энергонасыщения гелиопоглощающей камеры повышают посредством того, что светонепроницаемый теплоизолирующий материал со встроенными концентраторами и проводниками солнечных лучей применяют, в частности, при создании ее стенок и/или потолков в виде предварительно изготовленных строительных блоков, закрепляемых к ее внутренним опорным конструкциям, причем строительные блоки выполняют преимущественно из плоских, ориентировочно прямоугольных, сборочных модулей, которые последовательно соединяют в пакеты, образующие как продукт технологической сборки готовые строительные блоки, причем сборочные модули при пакетировании разделяют теплоизолирующими воздушными слоями с помощью опорных дистанцирующих теплоизоляционных площадок, причем в теплоизолирующий материал сборочных модулей встраивают маркированные составные элементы, из которых образуют результирующий профиль встраиваемых концентраторов и проводников солнечных лучей и которые имеют форму пустотелых геометрических форм, в частности, 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 внутренних 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.

3. Способ термопреобразования солнечной энергии по п.1 или 2, отличающийся тем, что 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 теплоизолирующие 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.

4. Способ термопреобразования солнечной энергии по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплоизолирующие воздушные слои, образованные между сборочными модулями строительных блоков, соединяют между собой, с окружающей атмосферой и внутренней средой гелиопоглощающей камеры посредством фиксированных зазоров, созданных между наружными поверхностями участков объемных геометрических форм и поверхностями соответствующих им проемов в сборочных модулях, благодаря чему возникает однонаправленный воздушный поток из окружающей атмосферы во внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры вдоль поверхностей объемных геометрических фигур как составных элементов встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, посредством чего отнимают тепловую энергию, возникающую и передающуюся во внутренней среде строительных блоков, при этом воздушный поток через последнюю создают посредством откачки воздуха из гелиопоглощающей камеры 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 дополнительный воздушный канал, подключенный к регулируемой задвижке и к предохранительному устройству, посредством которых осуществляют защиту последней от превышения внутреннего давления и температуры сверх допустимых значений.

5. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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.

6. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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.

7. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что внешний концентратор солнечных лучей выполняют поворотным относительно вертикальной оси, являющейся геометрически осевым центром наружной поверхности гелиопоглощающей камеры, для чего его грани закрепляют относительно опорной базы последней 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 гелиопоглощающей камеры 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 гелиопоглощающей камеры.

8. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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 теплоаккумулирующих материалов и энергетических каналов, а сверху - с потолком аналогичной формы, толщина которого определятся, преимущественно, высотой указанных строительных блоков, посредством чего образуют внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры тороидообразной формы, при этом пространство, окружающее центральную ось и ограниченное по периметру последней, используют для размещения энергетического оборудования, работа которого связана с функционированием гелиопоглощающей камеры, в том числе, турбоэлектрических агрегатов, причем тороидообразная гелиопоглощающая камера снабжена, по меньшей мере, одним 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 устройств, закрепленных на опорной базе гелиопоглощающей камеры, направляют на вход термоаэродинамического контура турбоэлектрического агрегата, при этом посредством опорной базы последней размещают механизмы и приспособления для управления положением внешнего концентратора солнечных лучей и его отдельных граней.

9. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме шара, преимущественно, для создания теплиц, аквариумов и спортивных сооружений.

10. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме цилиндра, преимущественно, для энергетического обеспечения бытовых объектов.

11. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме усеченной пирамиды, преимущественно, для создания гелиоэнергетических бытовых объектов, в том числе для приготовления пищи.

12. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме параллелепипеда, преимущественно, для бытовых объектов в северных регионах.

13. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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 четырехгранных пирамид, угловое положение, по меньшей мере, одной из 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 оснований которых размещают попарно, ориентировочно параллельно и перпендикулярно к поверхности почвы, причем конструкции трапецеидальных граней выполняют из составных сборно-разборных конструктивных элементов, например, в виде трубок, канатов 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 гелиопоглощающей камеры посредством опор вращения, а противоположные большие стороны - посредством удерживающих канатных строп и поворотных механизмов с ручными и/или дистанционно управляемыми приводами, за счет чего обеспечивают регулирование углового положения относительно поверхности почвы нижней и верхней трапецеидальных граней стационарного внешнего концентратора солнечных лучей в функции координат солнечного диска на небосводе и складывание всех трапецеидальных граней в ветроустойчивую конструкцию при достижении скорости ветра проектно заданного предельного уровня.

14. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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.

15. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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 последнее защищают от атмосферных воздействий и механических повреждений защитным материалом.

16. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве материала, размещаемого в плоскостях граней внешних концентраторов солнечных лучей и снабженного лучеотражающими поверхностями, применяют композитные, пластиковые и полимерные материалы.

17. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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.

18. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что 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 лучеотражающего материала, посредством вращения которых последний разматывается и сматывается в плоскости указанных граней, причем гибкий лучеотражающий материал закрепляется посредством канатов и/или высокопрочных нитей, а намоточные барабаны размещают в качестве сторон оснований этих граней и фиксируют их относительно поверхности почвы и несущих конструктивных элементов гелиопоглощающей камеры.

19. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве основного гелиотермопреобразующего и теплоаккумулирующего материала, располагаемого во внутренней среде гелиопоглощающей камеры, применяют вещества, преимущественно их технические смеси, имеющие возможность фазовых переходов из твердого состояния в жидкое и обратно и способность сохранения состояния в расплавленном виде при температурах, значительно превышающих температуру кипения воды, например, смеси солей щелочных металлов и/или стеаринов, пластмасс, а в качестве вспомогательного гелиопоглощающего и теплоаккумулирующего материала - воду, посредством которой окружают теплоизолированные емкости с основным высокотемпературным, теплоаккумулирующим материалом, причем теплоаккумулирующий водный объем размещают в групповых теплоизолированных емкостях, в которых на теплоизолирующих подставках размещены емкости с основным теплоаккумулирующим материалом, за счет чего в значительной мере утилизируют тепловые потери основного теплоаккумулирующего материала, при этом последние закрепляют посредством съемных конструкций и мобильных приспособлений технологического назначения, а групповые емкости выполняют в конструктивном и технологическом единстве с днищем гелиопоглощающей камеры, при этом емкости с основным технологическим теплоаккумулирующим материалом оснащают энергетическими каналами, в которые подают воду из групповых емкостей и воздух из внутренней среды гелиопоглощающей камеры для повышения их энергетического потенциала как теплоносителей, причем емкости герметично закрывают листовым теплопроводным материалом, соединенным с теплоотводами, погруженными в расплавленный теплоаккумулирующий материал, например, посредством применения листового материала с гофрированной поверхностью.

20. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в качестве источника местного освещения используют нагрев теплоаккумулирующего материала в гелиопоглощающей камере, например, за счет применения приборов с термоэлектронной эмиссией и/или спектральными характеристиками газовой ионизированной среды при повышении их температуры.

21. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что внешние концентраторы солнечных лучей применяют одновременно в качестве конфузоров, концентрирующих и направляющих приземный естественный ветеропоток, для чего в едином конструктиве выполнения, размещения и закрепления гелиопоглощающей камеры располагают ветронаправляющие жалюзи ниже и выше последней, посредством которых концентрированный ветропоток направляют на производство электроэнергии в последующем технологическом контуре, при этом гелиопоглощающую камеру располагают на опорных стойках выше поверхности почвы, чем расширяют технологические возможности концентрации одновременно и солнечных лучей, и естественного ветропотока.

22. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что гелиопоглощающую камеру совместно с размещенным относительно нее внешним концентратором солнечных лучей применяют для опреснения морской воды.

23. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в бытовом и мобильном вариантах использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве средства для горячей обработки пищевых продуктов.

24. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в передвижном и бытовом вариантах использования гелиопоглощающую камеру применяют для горячей обработки керамических изделий.

25. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в походном варианте использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве лабораторного варианта нагревательной печи, в том числе для получения расплавов легкоплавких материалов.

26. Способ термопреобразования солнечной энергии по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в походном варианте использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве средства для сушки аптечных трав, грибов, овощей, фруктов и рыбопродукции.

Описание изобретения к патенту

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области создания энергоустановок на основе использования солнечной энергии.

Известны технические решения в области преобразования солнечной энергии в тепловую энергию нагреваемой воды, расплавленных солей с низкой температурой плавления и 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 ветротурбоэлектроагрегат, 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 определяющей конфликтной ситуации. Она состоит в следующем: так как количество солнечных лучей, которое попадает в замкнутую тепловую камеру для термического преобразования, тем больше, чем выше светопроницаемость последней, то существует обоснованная тенденция к увеличению относительно фиксированных размеров тепловой камеры площади ее светопроницаемых поверхностей, однако при этом соответственно возрастают через последние и тепловые потери в окружающую среду, 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 тепловой энергии, со светопроницаемыми и теплоизолирующими покрытиями, не удается устойчиво получать температуру нагреваемого рабочего тела, например воды, выше 70°С, когда величина тепловых потерь и снижение КПД процесса останавливают ее рост, при этом величина ее быстро снижается с уменьшением интенсивности солнечной радиации.

Детальное обобщение и анализ результатов в этой области техники, оценка достигнутого уровня и ожидание перспектив изложены в монографии Д. Мак-Вейг "Применение солнечной энергии", М.: Энергоиздат, 1981 г. (перевод с английского языка Г.А. Гухман и С.И. Смирнова).

Известен также гелиоэнергетический способ производства электроэнергии, основанный на преобразовании температуры нагретой водной поверхности (водоема в период повышенной солнечной радиации) в нагрев жидкости как рабочего тела с низкой температурой кипения и испарения, подаче паров рабочего тела в паротурбинный агрегат, с косвенным участием воздуха как второго рабочего тела в процессе энергопреобразования [см. а.с. СССР №1495492 "Океаническая энергетическая установка" F 03 G 7/04; F 01 K 25/00, опубл. 23.07.89].

Данный способ позволяет получать тепловую энергию с необходимой для потребителей температурой только через получение и термическое преобразование электрической энергии. Применение специальных жидкостей, например эфиров, сильно ограничивает, однако, область использования данного способа.

Известен способ преобразования энергии солнечных лучей, основанный на использовании принципа поглощения солнечных лучей темной поверхностью и передаче полученной тепловой энергии воздушной среде [см. а.с. СССР №1416745 "Энергетическая установка" F 03 D 9/00, опубл.15.08.88; заявку ФРГ №3312977 "Солнечная ветроустановка" F 03 D 9/00, опубл. в 1984 г.; заявку Франции №22698682 "Коллектор солнечной энергии повышенной эффективности" F 24 J 2/16, 2/20, 2/48, опубл.03.06.94; а.с. СССР №1625999 F 24 J 2/42" Солнечный двигатель", опубл.07.02.91]. Технические решения, приведенные в указанных патентных материалах, а также дополнительные, известные авторам настоящего предлагаемого изобретения из других источников патентной и научно-технической информации, - в различных технологических вариантах и с применением различных устройств и приспособлений предусматривают однотипный первичный процесс 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 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 полимерных 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 отражения и поглощения лучей. Именно поэтому не достигается значительных ограничений энергетических потерь (теплопотерь), 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 преобразования и его КПД, не реализуется. Поэтому до сих пор еще не созданы конкурентоспособные промышленные гелиосистемы по производству тепловой и электрической энергии, коммунальные средства теплоснабжения, которые могли бы исключить экологически разрушительное сжигание природного энергосодержащего сырья (газа, нефти, угля). Этим объясняются продолжающиеся усилия в поиске разрешения вышеописанной конфликтной ситуации в гелиоэнергетике.

Одним из направлений в этом поиске является разработка вариантов применения гелиоконцентраторов, которые позволили бы относительно недорогими средствами увеличивать поступление солнечных лучей в тепловые камеры, в условиях фиксированных размеров гелиопоглощающих поверхностей. Наиболее близким к настоящему предлагаемому 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 03 G 7/02, F 24 J 2/42, опубл. 07.01.89]. 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 в первых приведенная стоимость одного квадратного метра гелиоконцентрирующей поверхности находится в пределах 6500-7500 рублей, 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 не разрешается 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 предлагаемому 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 тепловых потерь из замкнутой светопроницаемой тепловой камеры при сохранении количества поступающей в нее солнечной энергии, а также усилить теплоизоляцию ее внутренней среды до любого, наперед заданного, экономически целесообразного уровня и принципиально повысить коэффициент полезного действия и экономическую эффективность процесса гелиопреобразования.

Техническим результатом настоящего 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 которые являются энергетической основой создания высокоэффективных гелиоветроэлектрических 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 известных технических решений и способа преобразования солнечной энергии, согласно названному прототипу, основанных на повышении теплоизоляционных характеристик и светопроницаемости поверхностей замкнутой гелиопоглощающей камеры, где осуществляют преобразование энергии солнечных лучей в тепловую энергию и которую ограничивают со всех сторон теплоизолирующим материалом, в частности в виде теплоизолирующих днища, стенок и потолка, причем последние выполняют преимущественно из светопроницаемых материалов, величину поверхности, конструктивные параметры, размещение и предварительные технологические обработки которых определяют таким образом, чтобы солнечные лучи проникали через них в возможно большем энергетическом количестве в гелиопоглощающую камеру, максимально нагревая размещенные в ней технологические гелиотермопреобразующие материалы, и одновременно с этим чтобы обеспечивалось максимально возможное ограничение тепловых потерь, включая их лучевые компоненты, через светопроницаемые материалы, занимающие по площади большую часть поверхностей указанных стенок и потолков и значительно снижающие их теплоизоляционные характеристики, применении в гелиопоглощающей камере технологических материалов с повышенными лучепоглощающими характеристиками, удельными теплоемкостями и теплоаккумулирующими свойствами и накоплении 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 и теплоизоляционные характеристики которого задают лишь по условиям минимизации результирующих тепловых потерь из гелиопоглощающей камеры, в то время как солнечные лучи 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 солнечных лучей с помощью лучеотражающих поверхностей, располагаемых в окружающем гелиопоглощающую камеру пространстве таким образом, чтобы отраженные ими солнечные лучи поступали на облучаемые участки последней, например, ориентируют их по образу усеченной четырехгранной пустотелой пирамиды, грани которой снабжают лучеотражающим материалом и создают посредством них периферийные границы ее меньшего основания, примыкающего непосредственно к наружной поверхности гелиопоглощающей 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, сконцентрированным потоком на соответствующие участки поверхностей гелиопоглощающей камеры, причем площадь входного проема внешнего концентратора солнечных лучей многократно превышает площадь его выходного проема, при этом угловое положение, по меньшей мере, одной из граней последнего регулируют относительно наружной поверхности гелиопоглощающей камеры в функции времени суток и годовых сезонных периодов, для чего между указанными смежными гранями относительно поверхности гелиопоглощающей камеры создают свободные технологические зазоры, позволяющие изменять их взаимное положение, а в качестве второго применяют встроенный концентратор и проводник солнечных лучей, который образуют посредством создания поля встроенных на всю толщину светонепроницаемого теплоизолирующего материала, охватывающего гелиопоглощающую камеру, объемных геометрических форм, например в виде пустотелых усеченных четырехгранных пирамид и/или конусов, 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 и/или приспособлений с подъемными резервуарами и надувными формами, близлежащих строений, подручных средств и соответственно ориентированных складок местности, 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 солнечная радиация на высоких широтах характеризуется значительно сниженной величиной, - дополнительные потоки солнечных лучей, отраженных снежным покровом с больших окружающих территорий, при этом на наружных поверхностях светонепроницаемого теплоизолирующего материала гелиопоглощающей камеры, в котором расположены встроенные концентраторы и проводники солнечных лучей, размещают их большие по площади основания, геометрические параметры и взаимное расположение которых выбирают таким образом, что близлежащие стороны смежных оснований отстоят друг от друга на минимальных расстояниях, определяемых технологическими условиями реализации и устойчивостью конструкции в эксплуатации, в то время как на внутренней поверхности ее светонепроницаемого теплоизолирующего материала располагают меньшие основания встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, площадь каждого из которых многократно меньше площади большего основания и определяет сечения концентрированных потоков солнечных лучей, входящих в гелиопоглощающую камеру, причем между близлежащими сторонами меньших оснований образуют расстояния, значительно превышающие длину их максимального поперечного сечения, благодаря чему дополнительно снижают тепловые потери гелиопоглощающей камеры, включая их лучевые компоненты, а между входящими в нее концентрированными потоками солнечных лучей располагают внутренние опорные конструкции последней и отделяют их от ее внутренней среды дополнительным теплоизолирующим слоем из материала с повышенной температурной устойчивостью, при этом созданную воздушную среду, в которой расположены названные опорные конструкции, отделенную дополнительным теплоизолирующим слоем, соединяют со средствами утилизации тепловых потерь гелиопоглощающей камеры, посредством которых нагреваемый ими воздух откачивают и применяют как теплоноситель различного назначения, причем для направления концентрированных потоков солнечных лучей, выходящих из встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей и имеющих повышенные энергетические плотности относительно их значений в окружающей среде, создают внутренние лучеотводы, например, в виде пустотелых стеклянных трубок, снабженных лучеотражающими поверхностями, которые закрепляют посредством образованных проходных отверстий в дополнительном теплоизолирующем слое и которым придают форму, обеспечивающую на их выходе увеличение поперечного сечения каждого концентрированного потока солнечных лучей и направление его на фиксированные 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 тепловых потерь из замкнутой внутренней среды тепловой камеры - гелиопоглощающей полости при одновременном сохранении, более того - увеличении площади светопроницаемой поверхности гелиопоглощающей полости (фиксированных размеров) 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 внешнего концентратора солнечных лучей. Последний выполнен, преимущественно, из четырех граней, образующих совместно приближенную форму усеченной пустотелой пирамиды. Каждая из четырех граней в ней содержит поверхности, прокрытые лучеотражающим материалом, например алюминиевой фольгой, защищенной от атмосферного воздействия тонким слоем светопроницаемого материала. В настоящий период стоимость 1 м² светопроницаемого материала с односторонним алюминиевым (зеркальным) покрытием находится в пределах 0,3-0,7 доллара, а в случае организации крупномасштабного промышленного производства таких зеркальных поверхностей с защитной пленкой их стоимость не будет превышать 0,2-0,3 доллара за 1 м² при повышенном качестве.

У наружной поверхности гелиопоглощающей камеры эти грани сходятся между собой, образуя меньшее основание пирамидообразной фигуры как выходной проем внешнего концентратора солнечных лучей. В противоположную сторону от наружной поверхности гелиопоглощающей полости грани расходятся между собой, образуя в конце большее основание пирамидообразной 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 - энергетической мощностью.

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. Однако общее определение формы как "пирамидообразной" является справедливым для рассмотрения принципов работы концентратора солнечных лучей.

Для еще большего наращивания энергии солнечных лучей, направляемых в гелиопоглощающую полость, может быть применен последовательно и второй внешний концентратор солнечных лучей с большими входным и выходным проемами. Это реализовано в предложенном техническом решении в другом варианте - путем размещения в окружающем пространстве дополнительных лучеотражающих поверхностей, преимущественно плоских и более сложной формы, отраженные лучи от которых поступают во входную полость первого внешнего концентратора. Эти поверхности, будучи недорогими, могут иметь настолько крупные площади, что поток отраженных солнечных лучей через внешний концентратор их в гелиопоглощающую полость может достигать любых, наперед заданных, значений и определять 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 с высоким КПД преобразовать их тепловую энергию в электрическую посредством применения паротурбоэлектроагрегата. Отработавшие в последнем пар или паро-воздушная смесь могут использоваться во вторичном контуре производства электрической энергии в рамках гелиоветроэнергетического преобразования, а затем уже направляться потребителям теплой воды и воздуха, в частности, в жилые дома и животноводческие фермы, теплицы, др. Дополнительным лучеотражающим поверхностям могут быть приданы более сложные формы, в том числе сферические.

Дополнительные лучеотражающие поверхности могут располагаться в бытовых и мобильных (передвижных, туристических) условиях с помощью простых опорных приспособлений, подручных средств - окружающих деревьев, жилых домов и других строений, складок местности. При этом их положение может периодически корректироваться в зависимости от положения солнечного диска на небосводе. Каждый квадратный метр подобной лучеотражающей поверхности может иметь в разработанных конструкциях стоимость в пределах 120-130 рублей, чем определяется уникальная экономическая эффективность предложенного способа. Лучеотражающие поверхности могут выполняться посредством весьма легких пластин небольшого размера, легко переносимых и транспортируемых, из пенистых и композитных материалов, 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 лучеотражающие 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 мощностей тепловых камер, 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 производства электрической энергии - в последующих энергетических контурах. 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 интесифицированного тепличного комплекса. При этом канатные трассы могут, синхронно с перемещением 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 складироваться, прятаться. По указанным канатным трассам (или другим) - могут выдвигаться в соответствующий сектор окружающего пространства ураганно-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, как это удобнее по хозяйственным и технико-экономическим интересам, так как энергетические потери солнечного луча при его прохождении в чистой воздушной среде многокилометровых расстояний ничтожны, а также использовать снежный покров для соответствующего направления отраженных от него солнечных лучей, причем как с южной, так и с северной сторон. В определенных случаях лучеотражающие поверхности могут размещаться с помощью подъемных резервуаров, заполненных легким газом и направляемых канатными натяжными устройствами.

Способ позволяет создавать гелиоэнергетические котельные в микрорайонах городов, на жилых, в том числе многоэтажных домах, располагая гелиопоглощающие и теплогенерирующие полости 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, например, Белоруссии 1000 м² таких площадей будет давать 100 кВт мощности тепловой энергии. Наращивание мощности солнечных интенсифицированных тепличных комплексов за счет дополнительной установки лучеотражающих поверхностей экономически (в 30-50 раз) выгоднее наращивания мощности ТЭЦ, АЭС, ГЭС в любой его форме. Это указывает на большие потенциальные возможности гелиоэнергетики. Например, в Республике Беларусь, где условия гелиоветроэнергетики наименее привлекательны в сравнении с любым регионом России (в связи с особыми природно-климатическими данными, весьма привлекательными в других аспектах), эти потенциальные преимущества выглядят следующим образом.

Осредненная по году мощность солнечной радиации на территории РБ 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 4000 долларов США. Из этого следует, что приращение тепловой мощности гелиопреобразующей камеры в составе солнечного тепличного комплекса составляет, с учетом КПД, 4000 долларов за 100 кВт, то есть 40 долларов за 1 кВт. При этом удельная стоимость строительства (или расширения) ТЭЦ, работающей на природном газе, в РБ составляет величину около 500 долларов США за 1 кВт, то есть в 12,5 раза дороже. Но главное - устраняется необходимость в приобретении и сжигании природного газа. Сравнение, примерно, такого же порядка относится и к коммунальным котельным. Для достижения такого уникального результата в РБ, на ее территории можно осуществить строительство солнечных интенсифицированных тепличных комплексов, содержащих гелиопоглощающие камеры, внешние концентраторы солнечных лучей и весьма мощно развитые дополнительные лучеотражающие поверхности, согласно предложенному способу, по предполагаемому изобретению, и это освободит ее от внешних закупок энергоносителей для производства тепловой и электрической энергии.

На Украине, в Сибири, на Дальнем Востоке, на побережье северных рек и морей, в Африке, на Ближнем Востоке, Индии, Китае, Юго-Восточной Азии, в Южной Америке экономическая эффективность предложенного способа будет существенно 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, то есть без конфликтной увязки с необходимостью выполнения возможно больших светопроницаемых участков в стенках и потолке гелиопоглощающей камеры. Светопроницаемость достигается размещением последних в толстом светопроницаемом, базовом теплоизолирующем материале (стенок и потолка) тонкостенных геометрических форм в виде четырехгранных усеченных пирамид и /или усеченных конусов, располагаемых вершинами внутрь гелиопоглощающей полости. К примеру, если в промышленной гелиокотельной выбрана толщина стенок и потолков размером 400 мм, то усеченная пирамида-световод, поверхность которой покрыта лучеотражающим материалом, имея входное основание, например, 150×150 мм², может иметь выходное основание (внутри) 30×30 мм², что по площади меньше первого в 25 раз. Это означает, что лучевые потери внутреннего тепла также снижаются, как минимум, в 25 раз. 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 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 полости. Воздушная среда из последней под давлением, порциями впрыскивается вместе с водой в испарительные полости, размещенные в гелиотермопреобразующем теплоаккумулирующем материале. Образовавшаяся паровоздушная смесь направляется в паровую турбину. Таким образом тепловая энергия, с применением средств ее утилизации, вообще практически не теряется бесполезно из гелиопоглощающей полости, а ее КПД 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.

Пучки концентрированного потока солнечных лучей, входящие во внутреннюю среду гелиопоглощающей полости, имеют малые поперечные сечения и значительные расстояния между собой. Это позволяет создать прочный внутренний несущий каркас для стенок и потолка гелиопоглощающей полости, располагаемый между этими пучками, не уменьшая и не перекрывая для этих целей наружную светопроницаемую поверхность, которая составлена из лучепроводящих квадратов размером, например, 150×150 мм ², располагаемых своими сторонами вплотную друг к другу.

Так как во внутренней воздушной среде гелиопоглощающей полости проектно может предусматриваться и высокая температура (100°С и более), что определяется производительностью прокачки воздуха, то внутренний несущий каркас отгораживается от этой среды температуроустойчивым теплоизолирующим материалом, например плитами из пенобетона. В таком случае несущий каркас располагается в воздушном слое, который 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, боковые поверхности которых покрыты зеркальным лучеотражающим материалом. Эти внутренние световоды или лучеотводы 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 полости, в том числе на соответствующие лучеотражающие поверхности, которые направляют лучи непосредственно в зоны расположения высокотемпературного гелиотермопреобразующего и теплоаккумулирующего технологического материала (например, стеарина с примесями солей щелочных металлов и других веществ), имеющего высокую теплоемкость при фазовом переходе из твердого состояния в расплавленное - жидкое и наоборот, а также повышенную, выше 100°С, температуру плавления.

В комбинации с лучеотражающими поверхностями, в вариантах проектных режимов с высокими температурами во внутренней воздушной среде гелиопоглощающей камеры, применяются и лучеэкранирующие поверхности, снижающие или ограждающие возвратное попадание инфракрасной лучевой компоненты тепловой энергии в выходные проемы пирамидообразных (конусообразных, комбинированных) встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей. 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.

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 предельное снижение энергетических потерь в них через поглощение. Кроме того, КПД пирамидообразных встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей увеличивается, если внутри их образуют, по меньшей мере, по одной дополнительной лучеотражающей 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°.

Верхняя грань пирамидообразного внешнего концентратора солнечных лучей имеет вид козырька, и ее в период нахождения солнечного диска в области зенита, а также в других определенных положениях устанавливают под углом, при котором солнечные лучи направляются на наружную поверхность светопроводящего потолка гелиопоглощающей полости, для чего поверхность ее снабжена лучеотражающим материалом с обеих сторон - на верхней и нижней поверхностях.

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. Большая (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 закрепления ее является использование канатных строп, присоединенных одними концами к внешней несущей конструкции гелиопоглощающей камеры посредством натяжных механизмов, а другими - к несущей конструкции граней, преимущественно у периферии ее.

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 камеры, но и осуществлять концентрирование естественного (а в отдельных случаях и искусственного) ветропотока, используя этот процесс для дополнительной выработки электроэнергии в другом энергетическом контуре - гелиоветроэнергетическом, с термодинамическими и аэробарическими воздействиями на концентрированные ветровые потоки. При этом внешняя поверхность гелиопоглощающей камеры также является ветронаправляющим средством, ориентирующим ветропоток по наклонной плоскости вверх, до отражения его верхней гранью внешнего концентратора солнечных лучей. В этой связи гелиопоглощающую камеру в технико-экономическом аспекте целесообразно располагать над поверхностью почвы, на высоте 10-20 м, образуя ниже ее днища и выше ее потолка финишные ветронаправляющие каналы для последующих аэродинамических и термодинамических воздействий на концентрированный ветропоток. Кроме того, 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), прижимая его к несущей и опорной базе гелиопоглощающей полости или дополнительным опорным конструкциям.

Внешние концентраторы солнечных лучей имеют два принципиально отличных варианта реализации. Один из них определяется тем, что его располагают относительно гелиопоглощающей камеры подвижным, когда он по мере перемещения солнечного диска по небосклону поворачивается относительно оси ее внешней поверхности или передвигается вдоль нее, если она выполнена кольцеобразной.

Другой вариант определяется тем, что по периметру гелипоглощающей камеры размещается несколько стационарных внешних концентраторов солнечных лучей. Если ее периметр имеет цилиндрическую (пирамидальную, коническую) форму, например, то оптимальным является размещение вокруг нее 12 внешних концентраторов солнечных лучей, когда вертикальные грани их, преимущественно, не меняют своего положения относительно координат солнечного диска на небосклоне, а могут лишь "прятаться" от ветра, тогда как верхняя и нижняя грани меняют свое угловое положение в функции времени суток.

В определенных географических и климатических условиях могут применяться и другие формы внешнего концентратора солнечных лучей, а также другие, 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 реализации 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.

В частности, отличие состоит в том, что эффективность теплоизоляции и энергонасыщения гелиопоглощающей камеры повышают посредством того, что светонепроницаемый теплоизолирующий материал со встроенными концентраторами и проводниками солнечных лучей применяют, в частности, при создании ее стенок и/или потолков, в виде предварительно изготовленных строительных блоков, закрепляемых к ее внутренним опорным конструкциям, причем строительные блоки выполняют преимущественно из плоских, ориентировочно, прямоугольных сборочных модулей, которые последовательно соединяют в пакеты, образующие 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, причем в теплоизолирующий материал сборочных модулей встраивают маркированные составные элементы, из которых образуют результирующий профиль встраиваемых концентраторов и проводников солнечных лучей и которые имеют форму пустотелых геометрических форм, в частности 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 внутренних 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.

Отличие состоит в том, что 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 теплоизолирующие 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.

Отличие состоит в том, что теплоизолирующие воздушные слои, образованные между сборочными модулями строительных блоков, соединяют между собой, с окружающей атмосферой и внутренней средой гелиопоглощающей камеры посредством фиксированных зазоров, созданных между наружными поверхностями участков объемных геометрических форм и поверхностями соответствующих им проемов в сборочных модулях, благодаря чему возникает однонаправленный воздушный поток из окружающей атмосферы во внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры вдоль поверхностей объемных геометрических форм как составных элементов встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, посредством чего отнимают тепловую энергию, возникающую и передающуюся во внутренней среде строительных блоков, при этом воздушный поток через последнюю создают посредством откачки воздуха из 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 дополнительный воздушный канал, подключенный к регулируемой задвижке и к предохранительному устройству, посредством которых осуществляют защиту последней от превышения внутреннего давления и температуры сверх допустимых значений.

Отличие состоит в том, что 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.

Отличие состоит в том, что 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.

Отличие состоит в том, что внешний концентратор солнечных лучей выполняют поворотным относительно вертикальной оси, являющейся геометрически осевым центром наружной поверхности гелиопоглощающей камеры, для чего его грани закрепляют относительно опорной базы последней 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 гелиопоглощающей камеры 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 гелиопоглощающей камеры.

Отличие состоит в том, что 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 теплоаккумулирующих материалов и энергетических каналов, а сверху - с потолком аналогичной формы, толщина которого определятся, преимущественно, высотой указанных строительных блоков, посредством которых образуют внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры тороидообразной формы, при этом пространство, окружающее центральную ось и ограниченное по периметру последней, используют для размещения энергетического оборудования, работа которого связана с функционированием гелиопоглощающей камеры, в том числе, турбоэлектрических агрегатов, причем тороидообразная гелиопоглощающая камера снабжена, по меньшей мере, одним 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 устройств, закрепленных на опорной базе гелиопоглощающей камеры, направляют на вход термоаэродинамического контура турбоэлектрического агрегата, при этом посредством опорной базы последней размещают механизмы и приспособления для управления положением внешнего концентратора солнечных лучей и его отдельных граней.

Отличие состоит в том, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме шара, преимущественно, для создания теплиц, аквариумов и спортивных сооружений.

Отличие состоит в том, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме цилиндра, преимущественно, для энергетического обеспечения бытовых объектов.

Отличие состоит в том, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме усеченной пирамиды, преимущественно, для создания бытовых объектов, в том числе для приготовления пищи.

Отличие состоит в том, что гелиопоглощающую камеру выполняют в форме параллелепипеда, преимущественно, для бытовых объектов в северных регионах.

Отличие состоит в том, что 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 четырехгранных пирамид, угловое положение, по меньшей мере, одной из 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 оснований которых размещают попарно, ориентировочно, параллельно и перпендикулярно к поверхности почвы, причем конструкции трапецеидальных граней выполняют из составных сборно-разборных конструктивных элементов, например, в виде трубок, канатов 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 гелиопоглощающей камеры посредством опор вращения, а противоположные большие стороны - посредством удерживающих канатных строп и поворотных механизмов с ручными и/или дистанционно управляемыми приводами, за счет чего обеспечивают регулирование углового положения относительно поверхности почвы нижней и верхней трапецеидальных граней стационарного внешнего концентратора солнечных лучей в функции координат солнечного диска на небосводе и складывание всех трапецеидальных граней в ветроустойчивую конструкцию при достижении скорости ветра проектно заданного предельного уровня.

Отличие состоит в том, что 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.

Отличие состоит в том, что 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 последнее защищают от атмосферных воздействий и механических повреждений защитным материалом.

Отличие состоит в том, что в качестве материала, размещаемого в плоскостях граней внешних концентраторов солнечных лучей и снабженного лучеотражающими поверхностями, применяют композитные, пластиковые и полимерные материалы.

Отличие состоит в том, что 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.

Отличие состоит в том, что 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 лучеотражающего материала, посредством вращения которых последний разматывается и сматывается в плоскости указанных граней, причем гибкий лучеотражающий материал закрепляется посредством канатов и/или высокопрочных нитей, а намоточные барабаны размещают в качестве сторон оснований этих граней и фиксируют их относительно поверхности почвы и несущих конструктивных элементов гелиопоглощающей камеры.

Отличие состоит в том, что в качестве основного гелиотермопреобразующего и теплоаккумулирующего материала, располагаемого во внутренней среде гелиопоглощающей камеры, применяют вещества, преимущественно их смеси, с повышенной температурой 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 гелиопоглощающего и теплоаккумулирующего материала - воду, посредством которой окружают теплоизолированные емкости с основным, высокотемпературным теплоаккумулирующим материалом, причем теплоаккумулирующий водный объем размещают в групповых теплоизолированных емкостях, в которых на теплоизолирующих подставках размещены емкости с основным теплоаккумулирующим материалом, за счет чего в значительной мере утилизируют тепловые потери основного теплоаккумулирующего материала, при этом последние закрепляют посредством съемных конструкций и мобильных приспособлений технологического назначения, а групповые емкости выполняют в конструктивном и технологическом единстве с днищем гелиопоглощающей камеры, при этом емкости с основным технологическим теплоаккумулирующим материалом оснащают энергетическими каналами, в которые подают воду из групповых емкостей и воздух из внутренней среды гелиопоглощающей камеры для повышения их энергетического потенциала как теплоносителей, осуществляя сопутствующие процессы утилизации теплопотерь, причем эти емкости герметично закрывают листовым теплопроводным материалом, соединенным с теплопроводами, погруженными в расплавляемый теплоаккумулирующий материал, например, посредством применения листового материала с гофрированной поверхностью.

Отличие состоит в том, что в качестве источника местного освещения используют высокотемпературный нагрев теплоаккумулирующего 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.

Отличие состоит в том, что внешние концентраторы солнечных лучей применяют одновременно в качестве конфузоров, концентрирующих и направляющих приземный естественный ветропоток, для чего в едином конструктиве выполнения, размещения и закрепления гелиопоглощающей камеры располагают ветронаправляющие жалюзи ниже и выше последней, посредством которых концентрированный ветропоток направляют на производство электроэнергии в последующем технологическом контуре, при этом гелиопоглощающую камеру располагают на опорных стойках выше поверхности почвы, чем расширяют технологические возможности концентрации одновременно и солнечных лучей, и естественного ветропотока.

Отличие состоит в том, что гелиопоглощающую камеру совместно с размещенным относительно нее внешним концентратором солнечных лучей применяют для опреснения морской воды.

Отличие состоит в том, что в бытовом и мобильном вариантах использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве средства для горячей обработки пищевых продуктов.

Отличие состоит в том, что в передвижном и бытовом вариантах использования гелиопоглощающую камеру применяют для горячей обработки керамических изделий.

Отличие состоит в том, что в походном варианте использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве лабораторного варианта нагревательной печи, в том числе для получения расплавов легкоплавких материалов.

Отличие состоит в том, что в походном варианте использования гелиопоглощающую камеру применяют в качестве средства для сушки аптечных трав, грибов, овощей, фруктов и рыбопродукции.

Приведенные отличия способа термопреобразования солнечной энергии, согласно предполагаемому изобретению, относительно вышеуказанного прототипа и других известных технических решений, ясны из приведенного 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 гелиопоглощающей 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 гелиотермоэнергетике за счет последовательного соединения двух концентраторов и проводников солнечных лучей во взаимодействии с дополнительными лучеотражающими поверхностями, системно размещаемых 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 создано 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 плавления, 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 удельной теплотой 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 характеризоваться температурой плавления в диапазоне 120-180°С и удельной теплотой плавления 30-40 ккал/кг 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 гелипоглощающей 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 также сыпучий материал, который не доводят до температуры плавления, например щебень. В отдельных случаях в емкости 8 просто циркулирует воздух, при этом размер емкости 8 значительно увеличен. Щебень, кроме емкостей 8, размещают в подземных теплоизолированных хранилищах, соединенных с емкостями 8 теплообменными воздуховодами. Этот материал может использоваться также в промежуточном варианте в качестве наполнителя, при этом теплообменным материалом может служить не воздух, а сам расплавленный основной материал 6. При наличии подземных емкостей теплоаккумулирующего материала в них размещаются технологические электронагреватели.

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, которые под воздействием повышенной температуры в емкостях 8 образуют 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.

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, то есть 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 небольшие проемы в теплоизолирующем светонепроницаемом материале строительных блоков 16 размещают встроенные концентраторы и проводники 18 солнечных лучей (Фиг.2, 3, 4), которые имеют требуемые малые выходные проемы, за счет чего может быть достигнута минимизация тепловых потерь до любого уровня, включая их лучевые компоненты. Поток солнечных лучей 17 значительно уплотняется к входу во внутреннюю среду гелиопоглощающей 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).

Корпуса 19 в данном случае реализации способа имеют вид усеченной пирамиды и выполнены из тонкостенного алюминиевого литья, которое по внутренней поверхности дополнительно покрыто пленкой, напыленной тончайшим слоем алюминия со стороны тела корпуса. Такая пленка защищает созданный зеркальный отражающий слой алюминиевой поверхности особо высокой чистоты (шероховатости ее не превышают четвертой части длины волны солнечного света) от атмосферных воздействий. Высококачественные пленки для этих целей имеются в серийном производстве в виде специальных высокопрочных полимерных пленок, а также стеклопластиковых пленок повышенной прочности, и их можно применять на данных участках конструкций. Однако особенно перспективным материалом для этих целей и для гелиоэнергетики в целом являются стеклянные и кварцевые пленки, работа над созданием которых завершается. Корпуса 19 встроенных концентраторов и проводников 18 солнечных лучей могут выполняться из более дешевых, чем алюминий, материалов, в частности из стального листа, из стекла, 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 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 400-600 мм, соотношение площадей большего и меньшего оснований усеченных пирамид-концентраторов 18 может достигать величины 25:1 или 40:1, при величине углов между их гранями и осями 5-8°. Величина последних в указанном диапазоне уменьшает количество отражений солнечных лучей 17 при прохождении их через корпуса 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 последних 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 выполняемого по форме, в одном из вариантов оптическими линзами. В качестве данного материала может применяться тонкое 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 во внутреннюю среду гелиопоглощающей камеры для нагрева и дальнейшего использования как рабочего тела и теплоносителя.

На Фиг.4 приведен один из наиболее предпочтительных вариантов монтажа встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей в строительные блоки 16. Последний составлен из трех сборочных модулей 22, между которыми образованы воздушные полости 23, играющие важную роль в повышении эффективности теплоизоляции 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 вмонтирования 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 материала. Между поверхностями составных модулей 22 также могут быть расположены 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 на поверхностях корпусов 19 встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей и проникающих из замкнутой полости гелиопоглощающей камеры 1.

Выход концентрированного потока солнечных лучей 17 в последнюю осуществляется через дополнительный лучеотводящий канал 25 - внутренний световод, также снабженный лучеотражающей 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, которые выполняются, преимущественно, с регулируемым положением и содержащими 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 гелиоэнергетического строительства). Расположение несущих конструкций внутренней опорной базы 28 основано на том, что расстояние между осями встроенных концентраторов и проводников солнечных лучей, между их меньшими основаниями - выходными проемами имеют значительную величину в виду конической (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 гелиопоглощающей 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; 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 они 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 достаточно точно форму усеченной пирамиды. Однако в высокоэффективных вариантах реализации способа, согласно предполагаемому изобретению, верхнюю 37 и нижнюю 38 грани внешнего концентратора 35 солнечных лучей необходимо выполнять 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 лучеотражающие 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 и под гелиопоглощающей камерой 1 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.

Базовые конструкции граней 37, 38, 39 внешних концентраторов солнечных лучей 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 предполагаемому изобретению, несущий материал нижней грани 38 выполнен 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, или более жесткие поверхности - из стеклопластика, пенополиуретана, других достаточно прочных композитных материалов. Они должны выдерживать ветровую нагрузку в рабочем положении до 25 м/с, по достижении которой они складываются в пакет, опирающийся на базовые несущие конструкции высокой прочности. При превышении скорости ветра в 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 лучеотражающими покрытиями в плоскости граней. В случае применения 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 промышленном варианте 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 могут изготавливаться в виде набора легких пластин, сворачиваемых в рулоны гибких материалов при транспортировке, 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 прямых лучей от низко расположенного солнечного диска, так и отраженных снежным покровом солнечных лучей с весьма больших территорий. Так как стоимость каждой тысячи квадратных метров дополнительных лучеотражающих поверхностей в условиях северных регионов не будет превышать 6-7 тысяч долларов США, то это означает, что каждый 1 кВт установленной тепловой мощности гелиопоглощающей камеры не будет превышать (при мощности солнечной радиации 0,03 кВт/м ²) 300 долларов США. Стоимость 1 кВт установленной мощности стандартной ТЭС, 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 регионах, например, Арабской Республики Египет, Ирака, Саудовской Аравии и вообще государств Ближнего Востока и Юго-Восточной Азии, в том числе Индии, Вьетнама, Кореи и Китая, 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, то есть серийные гелиотеплоэлектростанции мощностью 1 млн кВт будут иметь стоимость не более 400 млн долларов, а окупаемость затрат на строительство не превысит 3 лет.

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 через него 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 гелиопреобразующей камеры 1, что отражая солнечные лучи в необходимом направлении, они также ориентируют и концентрируют естественный ветропоток.

Гелиопоглощающая камера 1 со встроенными концентраторами 18 и проводниками солнечных лучей 17 и внешними концентраторами 35 солнечных лучей и естественного ветра, энергетически усиленные дополнительными лучеотражающими поверхностями 36, составляют совместно единый гелиотермопреобразующий комплекс, позволяющий в последующих каналах вырабатывать и электроэнергию.

На Фиг.5 представлен предпочтительный вариант реализации способа, согласно предлагаемому изобретению, по главным технико-экономическим показателям для 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 ее по условной часовой стрелке 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 предлагаемому 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.

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 пирамидообразной 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 высококонцентрированных 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 полость 1, такова, что температура в камере может подниматься до 500°С и больше. При такой внутренней температуре должны были бы быть очень высокие тепловые потери, которые при существующих способах использования солнечной энергии превысили бы энергию, вносимую солнечными лучами извне. Поэтому температура во внутренней среде существующих гелиотермопреобразователей не превышает 70-80°С, в лучших из них. Однако встроенный концентратор, в рассматриваемом варианте, благодаря малому поперечному сечению выходного проема, сводит и лучевую, и конвективно-кондуктивную компоненты тепловых потерь к малой или даже незначительной величине с учетом высоких теплоизоляционных характеристик и большой толщины базового, воспринимающего внешнюю силовую нагрузку, светонепроницаемого теплоизолирующего материала в строительных блоках 16 гелиопоглощающей 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 гелиопоглощающей камеры 1 посредством внутренних светоотводов 25, 26, которые расширяют эти пучки, снижая энергетическую плотность их, способную прожигать темные предметы, и направляют их на поверхности высокотемпературного гелиотермопреобразующего материала 6 и окружающей его воды 7. Хотя материал 6, имея температуру 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 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 гелиопоглощающей камеры 1 возрастает относительно задаваемых режимов, увеличивают отдачу полезной тепловой мощности через регулятор 14, а когда это невозможно по каким-либо обстоятельствам, - вступает в действие 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 ветроконцентрирующие конфузоры, имея при этом значительные пространственные размеры. Поэтому 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 направляется в технологическое кольцевое пространство 61, где он используется 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 гелиопоглощающих 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.

Предложенный способ термопреобразования солнечной энергии, в случае реализации п.1. патентной формулы предлагаемого изобретения, дает крупный экологический и технико-экономический эффект, и его эффективность возрастает дополнительно при реализации всех или нескольких пунктов патентной формулы.