УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛАВЛИВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ И ЕЕ ПЕРЕДАЧИ К ПОДЛЕЖАЩЕЙ НАГРЕВУ ПРИЕМНОЙ СРЕДЕ

Использование: в устройствах для улавливания солнечной энергии и ее передачи к под-лежащей нагреву приемной среде. Сущность изобретения: Устройство содержит множе-ство профилированных элементов, располагающихся, преимущественно, горизонтально и расположенных на некотором расстоянии друг от друга так, чтобы образовать экран с наружной поверхностью, непосредственно освещенной лучами солнца, и внутренней поверхностью, расположенной в непосредственной близости от нагреваемой приемной среды, причем упомянутые профилированные элементы имеют две отражающих поверх-ности и конфигурацию в поперечном сечении, образующую в поперечном сечении мно-жество воздушных каналов, направленных восходящим образом от наружной поверхно-сти экрана к его внутренней поверхности, причем со стороны внутренней поверхности экрана предусмотрены специальные средства закрытия, предназначенные для блокировки воздуха, содержащегося в каналах. 16 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к устройству для улавливания солнечного излучения и пере-
дачи энергии этого излучения подлежащем нагреву приемной среде.
Уже в течение длительного времени осуществляется различные попытки улавливать энергию солнечного излучения и использовать ее для нагревания некоторой приемной среды, такой, например, как наружная стена здания или некоторый объем воздуха внутри того или иного здания или сооружения.
Эта рекуперация или вторичное полезное использование солнечной энергии пред-ставляет собой перспективную задачу, интересную, в частности, для подачи в холодное время года дополнительной тепловой энергии в некоторую приемную среду, составляю-щую часть здания или сооружения и подвергающуюся освещению лучами солнца, даже относительно слабому.
Для решения упомянутой выше практической задачи уже предложены различные технические средства, такие, например, как черное или, по меньшей мера, темное покры-тие соответствующих поверхностей, накладываемое на приемные поверхности, освещае-мые солнечными лучами. Эти затемненные или совсем черные покрытия, которые функ-ционируют по принципу физического черного тела, обладают тем преимуществом, что они способны обеспечить восприятие и эффективное полезное преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию на протяжении всего времени их непосред-ственного освещения солнечными лучами.
Однако, как только освещение солнечными лучами прекращается, в частности, по-сле захода солнца в вечернее время, упомянутые выше темные или черные покрытия в значительной мере отдают накопленную ими тепловую энергию в результате потерь. Действительно, для таких затемненных покрытий вполне нормальным является коэффи-циент потерь, который достигает величины порядка 6-8 Вт/0с/м2 что следует считать до-статочно большой величиной.
Поскольку упомянутые выше тепловые потери пропорциональны разности темпера-тур между максимально нагретой солнечными тучами затемненной обшивки данной по-верхности и окружающей средой в каждый данный момент времени, бесполезная тепло-вая отдача таких поверхностей оказывается тем большей, чем большее значение имеет упомянутая выше разность температур.
В то же время, известны устройства рекуперации или утилизации солнечной энер-гии, которые называют также "прозрачной изоляцией" и которые содержат прозрачные стенки, изготовленные из стекла или из пластмассы и располагающиеся в зависимости от конструкции данного устройства в направлениях, параллельных или перпендикулярных направлениям подлежащих нагреву приемных поверхностей.
Эти устройства прозрачной изоляции предназначены для пропускания солнечного излучения к принимающим тепловую энергию поверхностям и для накопления получен-ной таким образом в светлое время суток тепловой энергии.
Типичным примером утилизирующего солнечную энергию устройства подобного типа являются оранжереи или парники, широко используемые в сельском хозяйстве.
Устройства для интенсивного использования солнечной энергии с прозрачной изо-ляцией в случае необходимости могут быть скомбинированы со специальными покрыти-ями темных цветов, как было указано выше. Однако, недостатком таких систем также являются достаточно большие тепловые потери в период отсутствия их освещения сол-нечными лучами.
Кроме того, упомянутые выше известные устройства утилизации или интенсивного использования солнечной энергии имеют также и другой недостаток, заключающийся в том, что все эти устройства улавливают солнечную энергию постоянно при ее наличии, в частности, в жаркое время дня или года, то есть, в тот период, когда для некоторых случа-ев практического применения подобных устройств использование в концентрированном виде этой энергии не только нежелательно, но даже и вредно.
В этом случае при использовании устройств, упомянутых выше типов, необходимо предусматривать в их конструкции специальные средства, которые позволяли бы прину-дительно прерывать действие этих устройств в тех случаях, когда пользователь этого по-желает сообразно с данными атмосферными уровнями.
Как следствие всего сказанного выше, цель изобретения состоит в том, чтобы пред-ложить устройство для улавливания и передачи на подлежащую нагреву приемную среду солнечной энергии. по возможности, лишенное упомянутых выше и весьма существен-ных в данном случае недостатков.
Одной из частных целей изобретения является попытка предложить такое устрой-ство, которое позволяло бы эффективно улавливать солнечную энергию, обладая при этом возможно меньшим коэффициентом тепловых потерь, в частности, в период отсут-ствия непосредственно принимаемого данным устройством солнечного излучения, как источника энергии.
Цель изобретения состоит также и в том, чтобы предложить такое устройство утили-зации солнечной энергии, которое имело бы возможно более простую конструкцию и было бы вследствие этого не слишком дорогим в реализации.
Еще одна цель изобретения состоит в том, чтобы предложить такое устройство ути-лизации солнечной энергии, которое позволяло бы улавливать солнечную энергию кон-тролируемым образом с тем, чтобы исключить слишком интенсивную термическую реку-перацию этой энергии в тех случаях, когда в этом нет необходимости и данное устрой-ство подвергается интенсивному солнечному облучению, например, в жаркое время дня или года.
Цель изобретения состоит также и в том, чтобы предложить такое устройство утили-зации солнечной энергии, которое могло бы быть использовано для обогрева домов и других зданий и сооружений.
Для достижения поставленных целей изобретение предлагает устройство утилиза-ции солнечной энергии описанного выше типа, содержащее множество профилирован-ных элементов, располагающихся в целом горизонтально, отстоящих друг от друга на некоторое расстояние и расположенных друг над другом таким образом, чтобы образо-вать занавес или экран, имеющий наружную поверхность, непосредственно освещаемую в светлое время суток солнечными лучами и внутреннюю поверхность, которая может быть расположена в непосредственной близости от подлежащей нагреву приобщай сре-ды, причем, в этом устройстве упомянутые выше профилированные элементы имеют по две отражающие поверхности, а форма их профиля выбирается таким образом, чтобы по-лучить возможность сформировать между этими элементами множество воздушных кана-лов, восходящих от наружной поверхности данного устройства к его внутренней поверх-ности. Кроме того, в этом устройстве упомянутые выше профилированные элементы из-готавливаются из материала, являющегося плохим проводником тепла от наружной по-верхности к внутренней поверхности устройства, причем, со стороны внутренней по-верхности этого устройства и/или со стороны его наружной поверхности предусмотрены специальные средства, позволяющие перекрыть пути движения для воздуха, содержаще-гося в упомянутых выше каналах.
Упомянутые выше отражающие поверхности профилированных элементов позво-ляют, таким образом, подвести солнечную энергию к внутренней поверхности занавеса или экрана, прилегающей непосредственно к подлежащей нагреву в данном случае при-емной среде. Кроме того, в процессе функционирования устройства в соответствии с предлагаемым изобретенном происходит нагрев воздуха, содержащегося вспомянутых выше каналах, сформированных в промежутках между профилированными элементами.
Вследствие различия плотности нагретый воздух имеет тенденцию подниматься кверху, а холодный воздух напротив того, стремится опуститься вниз. По причине восхо-дящей конфигурации упомянутых выше воздушных каналов в их поперечном сечении нагретый солнцем воздух стремится подняться к внутренней поверхности экрана в соот-ветствии с предлагаемым изобретением, который является закрытым, тогда как холодный воздух в этих каналах стремится опуститься к наружной поверхности этого экрана. Таким образом, создается конвективная тепловая воздушная пробка в верхней части упомянутых воздушных каналов, то есть, в непосредственной близости от внутренней поверхности экрана, которая непосредственно прилегает к подлежащей нагреву приемной среде.
Таким образом, предлагаемое устройство утилизации солнечной энергии позволяет создать множество слоев неподвижного нагретого солнечной энергией воздуха, которые в то же время представляют собой хорошую теплоизоляционную прослойку между при-емной средой и окружающей средой, имеющую достаточно низкий коэффициент тепло-вых потерь.
Итак, при использовании устройства утилизации солнечной энергии в соответствии с предлагаемым изобретением удается получить эффективную теплоизоляцию, которая позволяет внешней солнечной энергии свободно проникать сквозь нее благодаря отраже-ниям от специальных отражающих поверхностей профилированных элементов. После многочисленных отражений эта солнечная энергия доходит до приемной поверхности, то есть, до закрытой внутренней поверхности экрана предлагаемого устройства, которая в предпочтительном варианте его практической реализации окрашивается в темные цвета. Здесь эта световая энергия трансформируется в тепловую энергию и не может уже выйти наружу, поскольку, как известно, инфракрасное или тепловое излучение отражается весьма плохо. Таким образом, в устройстве утилизации солнечной энергии практически, реализуется своеобразный тепловой обратный клапан.
В соответствии с первой возможной формой практической - реализации предлагае-мого изобретения каждый профилированный элемент образован тонкой пленкой искрив-ленного соответствующим образом профиля, изготовленной из материала, обладающего очень плохой теплопроводностью.
В другом возможном варианте практической реализации предлагаемого изобретения каждый профилированный элемент образован двумя слоями тонкой пленки искривлен-ного соответствующим образом профиля, изготовленной из материма с очень плохой теплопроводностью, причем, два этих слоя тонкой пленки соединены между собой вдоль их концевых кромок таким образом, чтобы сформировать между этими двумя слоями тонкой пленки теплоизолирующее пространство, заполненное воздухом. В этом случае дополнительно улучшаются изолирующие свойства данного устройства, поскольку каж-дый профилирующий элемент содержит в своей внутренней полости некоторый объем воздуха, представляющего собой весьма совершенный теплоизолятор.
В описанных выше двух вариантах практической реализации предлагаемого изобре-тения упомянутая тонкая пленка изготовлена предпочтительно из материала типа бумаги, картона, пластмассы, или других аналогичных материалов. В частности, можно исполь-зовать тонкие пленки из пластических материалов, таких, например, как полиэтилен, или полиэфирные смолы. В тех случаях, когда речь идет об оптически
прозрачных материалах, можно предусмотреть нанесение отражающего покрытие на одну или на обе поверхности данной пленки при том, что предпочтительным в большинстве случаев является нанесение такого покрытия на обе ее стороны. Это отражающее покры-тие может представлять собой, например, тонкий напиленный слой алюминия, причем, в предпочтительном варианте реализации такого отражающего покрытия оно должно быть защищено от внешних воздействий слоем прозрачного лака.
В еще одном возможном варианте практической реализации предлагаемого изобре-тения каждый из упомянутых выше профилированных элементом представляет собой некоторый массивный элемент, напоминающий лопатку турбины. Такой массивный эле-мент может быть изготовлен, например, из пластического материала, из бетона, из дерева или из любого другого подходящего в данном случае материала, обеспечивающего полу-чение необходимого профиля.
В упомянутых выше вариантах практической реализации предлагаемого изобрете-ния профилированные элементы имеют фиксированный профиль, выбираемый таким образом, чтобы солнечное излучение, косвенно попадающее на приемную поверхность в результате ряда последовательных отражений от соответствующих отражающих поверх-ностей, достигало этой приемной поверхности в условиях, когда подлежащая нагреву среда не имеет непосредственной оптической связи с наружной поверхностью упомяну-того выше экрана или с окружающей средой, то есть, как бы "не видит" их. Таким обра-зом, в данном случае формируется по меньшей мере, одна радиационная пробка.
Для достижения этого эффекта предлагаемое устройство может содержать либо про-филированные элементы плавно изогнутой конфигурации, либо профилированные эле-менты ступенчатой или многоступенчатой структуры. В этом последнем случае обеспе-чивается наличие нескольких последовательно расположенных и уже упомянутых выше радиационных пробок.
В качестве возможного варианта могут быть использованы профилированные эле-менты, имеющие обычно прямолинейный профиль. В этом случае приемная среда как бы "видит" наружную поверхность экрана или окружающую среду и в этом случае радиаци-онная пробка не создается.
Конкретная конфигурация профилированных элементов может быть выбрана в за-висимости от географической широты места, где должно быть установлено данное устройство утилизации солнечного излучения в соответствии с предлагаемым изобрете-нием с тем, чтобы оптимизировать маршрут прохождения солнечных лучей во внутрен-ней полости каналов данного устройства. Вследствие этого имеется возможность обеспе-чить солнечный нагрев приемной среды в холодный или в зимний период, когда солнеч-ные лучи падают на землю под небольшим углом к горизонтальной поверхности в месте установки данного устройства и наоборот, воспрепятствовать такому нагреву в тех слу-чаях, когда солнечные лучи падают на поверхность земли под достаточно большим углом.
В соответствии с еще одним возможным вариантом практической реализации пред-лагаемого изобретения каждый профилированный элемент имеет изменяемую конфигу-рацию и содержит неподвижную часть, которая проходит восходящим образом, начиная от некоторой промежуточной зоны экрана в направлении его внутренней поверхности и регулируемую по положению в пространстве поворотную честь, которая проходит от наружной поверхности экрана до уже упомянутой выше его промежуточной зоны, кото-рая образует шарнирное соединение между неподвижной ч подвижной частями данного профилированного элемента.
Таким образом, можно в соответствия с теми или иными критериями регулировать положение поворотных частей профанированных элементов для того, чтобы обеспечить наиболее эффективный нагрев приемной поверхности солнечной энергией, либо наобо-рот, воспрепятствовать такому нагреву, если в этом нет необходимости. Все эти операции могут быть выполнены по желанию пользователя.
В соответствии с еще одним возможным вариантом практической реализации пред-лагаемого изобретения упомянутое выше устройство содержит кроме того, множество вспомогательных органов, соответственно, продолжающих профилированные элементы со стороны наружной поверхности экрана, причем, каждый такой вспомогательный ор-ган имеет верхнюю поверхность темного цвета и нижнюю поверхность, обладающую отражательными свойствами.
Эти вспомогательные органы могут быть выполнены неподвижными или могут по-ворачиваться определенным образом. В обоих случаях они ориентируются в простран-стве в зависимости от географических координат места установки данного устройства.
Таким образом, в зимний период, когда солнечное излучение падает на земную по-верхность под небольшим углом к горизонтальной плоскости, обеспечивается его отра-жение соответствующими отражающими поверхностями вспомогательных органов, что приводит к нагреванию присущей среды.
Зато в летний период, когда солнечное излучение падает на земную поверхность под достаточно большим углом к ней, лучи солнца попадают на верхние темные поверхности вспомогательных органов данного устройства. Вследствие этого сами вспомогательные органы нагреваются и тепло в результате конвекции отцедится в окружающую среду, не принимая участия в нагревании не нуждающейся в этом в данном случае приемной сре-ды.
В соответствии с еще одним возможным вариантом практической реализации пред-лагаемого изобретения упомянутые выше профилированные элементы устроены таким образом, что они сходятся в направлении от наружной поверхности экрана к его внут-ренней поверхности, причем, наружная сторона имеет площадь, большую, чем внутрен-няя сторона.
Таким образом, обеспечивается эффект концентрации, который может оказаться особенно привлекательным в случае нагревания стены дома, резервуара с водой и т.д.
В описанных выше вариантах реализации данного изобретения предлагаемое устройство предпочтительно содержит панель обычно прямоугольной формы, на которой закреплены упомянутые выше профилированные элементы. Такое техническое решение позволяет изготавливать эти панели в заводских условиях и устанавливать их затем непо-средственно на месте эксплуатации.
В уже описанных выше различных вариантах практической реализации данного изобретения наружная сторона экрана может быть открытой или закрытой прозрачной пластиной, изготовленной, например, из стекла или пластмассы. Такая пластина позволя-ет защитить экран от нежелательных внешних воздействий, в частности, в районах, где дуют сильные ветра.
Внутренняя сторона экрана, которая является закрытой, предпочтительно снабжена покрытием темного цвета, а еще лучше - черным покрытием, для того, чтобы солнечная энергия, попадая на эту темную поверхность, трансформировалась в тепловую энергию.
Предлагаемое устройство, выполненное в соответствии с описанными выше вари-антами его практической реализации, очень хорошо подходит, в частности, для примене-ния на наружных поверхностях здания, например, вдоль вертикальной стены. Такое устройство может быть также наложено на стенку резервуара или цистерны с водой для нагревания этой воды солнечной энергией.
В соответствии с еще одним возможным вариантом практической реализации устройства по данному изобретению это устройство предназначается для того, чтобы оно само представляло собой прозрачную или непрозрачную стену.
В этом случае наружная сторона экрана снабжена прозрачной панелью, тогда как его внутренняя сторона снабжена либо затемненной, либо прозрачной панелью. В том случае, когда и наружная и внутренняя, стороны этого экрана снабжены прозрачными панелями, получается прозрачная стена, которая может быть использована, в частности, в конструк-ции оранжереи или теплицы, а также может представляет собой застекленную стену спортивного или концертного зала, других зданий и сооружений.
В соответствии с еще одним возможным вариантом практической реализации пред-лагаемого изобретения данное устройство может быть выполнено в виде шторы, которая может быть похожа на пластинчатую венецианскую штору или жалюзи. 3 этом случае профилированные элемента устройства могут сближаться или разводиться друг по отно-шению к другу посредством, например, шнуров, за которые пользователь может тянуть в ту или в другую сторону для достижения желаемого эффекта. Такая штора предпочти-тельно используется позади застекленной поверхности стены или окна внутри здания.
В этом последнем варианте практической реализации предлагаемого устройства средства закрытия, предусмотренные с внутренней стороны экрана, предпочтительно об-разованы гармошкой, попарно связывающей профилированные элементы.
На том же самом принципе можно реализовать ставень или штору, используемую перед или снаружи окна здания, причем, в таком варианте профилированные элементы экрана будет жестко связаны между собой.
В различных возможных вариантах практической реализации предлагаемого изоб-ретения профилированные элементы могут располагаться друг над другом в вертикаль-ной плоскости или в плоскости, наклоненной на тот или иной угол по отношению к вер-тикали, например, в плоскости, наклоненной по отношению к вертикали на 450, в зави-симости от подлежащей - нагреву в данном случае солнечной энергией приемной среды.
В приведенном ниже описании нескольких возможных вариантов практической ре-ализации предлагаемого изобретения, сделанном исключительно в. качестве иллюстра-тивного примера, даются ссылки на приведенные чертежи, на которых представлено сле-дующее:
фиг.1 - вид в разрезе поперечной плоскостью устройства утилизации солнечной энергии, наложенного на приемную среду, выполненного в соответствии с первым вари-антом практической реализации данного изобретения;
фиг.2 - вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства, наложенного непосред-ственно на приемную среду, выполненного согласно второму варианту реализации дан-ного изобретения;
фиг.3 - вид панели, несущий на себе устройство в соответствии с вариантом, пока-занным на фиг.1;
фиг.4 - частичный вид в увеличенном масштабе предлагаемого устройств) в сечении по линии IV-IV, показанной на фиг.3;
фиг.5 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства, наложенно-го непосредственно на приемную среду, выполненного согласно третьему варианту прак-тической реализации предлагаемого изобретения;
фиг.6 - частичный вид в разрезе предлагаемого устройства в соответствии с четвер-тым вариантом практической реализации данного изобретения;
фиг.7 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства в соответ-ствии с пятым вариантом практической реализации данного изобретения, который имеет общие черты с устройством, показанным на фиг. 2 и снабжен кроме того, вспомогатель-ными наружными органами;
фиг.6 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства в соответ-ствии с шестым вариантом практической реализации данного изобретения, здесь профи-лированные элементы в отличие от предыдущих вариантов имеют ступенчатую конфи-гурацию;
фиг.9 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства в соответ-ствии с седьмым вариантом практической реализации данного изобретения, в котором профилированные элементы сходятся в направлении внутренней стороны экрана;
фиг.10 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства в соответ-ствии с восьмым вариантом практической реализации данного изобретения, предназна-ченным для формирования прозрачной среды;
фиг. 11 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства в соответ-ствии с данным изобретением, выполненного в виде шторы, размещенной позади застек-ленной поверхности;
фиг. 12 - вид в разрезе, более детальными образом показывающий конструкцию устройства, представленного в целом на фиг.11;
фиг. 13 - вид в разрезе, показывающий другой вариант практической реализации устройства, представленного на фиг.11 и 12;
фиг. 14 - частичный вид в разрезе предлагаемого устройства в соответствии с дан-ным изобретенном в виде ставня или шторы, помещенного позади застекленной поверх-ности стены или окна;
фиг. 15 - частичный вид в поперечном разрезе предлагаемого устройства в соответ-ствии с данным изобретением, оборудованного поворотными профилированными эле-ментами ступенчатой конфигурации.
На фиг. 1 представлено выполненное согласно изобретению устройство 10, нало-женное на приемную среду. Это устройство в данном примере используется для нагрева-ния наружной поверхности 12 вертикальной стены 14, которая в случае необходимости, может быть несколько отклонена от вертикали.
Устройство 10 содержит множество профилированных элементов 16 одинаковой формы, располагающихся горизонтально на некотором расстоянии один от другого в вер-тикальной плоскости, параллельной поверхности 12 таким образом, чтобы сформировать в совокупности некоторое подобие занавеса или экрана. Этот экран имеет наружную сто-рону 18, которая может непосредственно освещаться солнечными лучами R. и противо-положную этой наружной стороне внутреннюю сторону 20, которая может быть распо-ложена в непосредственной близости от приемной поверхности 12.
В приведенном на фиг. 1 примере каждый из профилированных элементов 16 обра-зован тонкой пленкой искривленной конфигурации, выполненной из материала, облада-ющего плохой теплопроводностью. В приведенном примере речь может идти о пленке из пластмассы, такой например, как полиэтилен или полиэстер, толщиной в несколько де-сятков микрон.
Эта пленка может быть выполнена прозрачной или непрозрачной и покрыта с одной стороны, или с обеих сторон (этот последний вариант является в целом ряде случаев предпочтительным) отражающим слоем той иди иной природы, например, слоем алюми-ния. Этот отражающий слой, нанесенный на одну или на обе стороны упомянутой выше пленки в предпочтительном варианте практической реализации предлагаемого изобрете-ния защищен от внешних воздействий слоем прозрачного лака. В тех случаях, когда упо-мянутая выше пленка по технологии использования предлагаемого устройства должна быть прозрачной, может оказаться достаточным нанесение этого отражавшего слоя лишь на одну сторону пленки. В проиллюстрированном на фиг.1 примере ширина занавеса или экрана, определяемая, как расстояние между наружной стороной 18 этого экрана и его внутренней стороной 20, может составлять от 5 до 20 см, а интервал 1 между двумя со-седними по вертикали профилированными элементами 16 имеет величину порядка еди-ниц сантиметров, например, 2 см.
Каждый из упомянутых выше профилированных элементов 16 имеет выбранную по определенным критериям конфигурацию, которая в приведенном на фиг.1 примере прак-тической реализации устройства в соответствии с изобретением содержит прежде всего, существенно горизонтальную часть 22; которая проходит от наружной стороны 18 до не-которой промежуточной зоны, где соединяется посредством искривленной части 24 с су-щественно прямолинейной частью 26, которая после упомянутой выше искривленной золы данного профилированного элемента под некоторым углом к горизонтали посте-пенно поднимается в направлении к внутренней стороне 29 данного экрана.
Каждый профилированный элемент 16 изготавливается путем придания соответ-ствующей формы путем изгибания упомянутой выше пленки из описанного выше мате-риала для придания ей представленного на фиг. 1 профиля.
Профилированные элементы 16, располагаясь на некотором расстоянии один от другого в вертикальной плоскости, определяют в промежутках между собой множество воздушных каналов 28, образующих расположенные один над другом последовательно слои воздуха, причем, каждый из упомянутых выше воздушных каналов имеет восходя-щее направление от наружной стороны 18 упомянутого выше экрана к его внутренней стороне 20.
Показанное на фиг. 1 устройство в соответствии с предлагаемым изобретением со-держит, кроме того, средства закрытия 30, специально предусмотренные на внутренней стороне 20 данного занавеса или экрана. Эти средства вследствие определенности их функций могут иметь самые разнообразные технические воплощения. В приведенном на фиг.1 примере эти средства образованы донной панелью или пластиной 32, предназна-ченной для удержания множества профилированных элементов 16, как это будет показа-но более детально и с указанием мотивов ниже.
В качестве возможного варианта практической реализации эта панель или пластина 32 может быть заменена простой шторкой или заслонкой из соответствующего материала или даже полностью исключена из конструкции в той мере, в которой упомянутые выше профилированные элементы 16 доходят до поверхности 12, непосредственно восприни-мающей солнечную энергию. В предпочтительном варианте практической реализации панель или пластина 32 снабжена покрытием темного цвета на своей поверхности, направленной к наружной стороне упомянутого выше экрана устройства для утилизации солнечной энергии в соответствии с предлагаемым изобретением.
Функция упомянутых выше средств закрытия состоит в том, чтобы обеспечит, по меньшей мере, частично, перекрытие каналов 28 со стороны наружной поверхности 20.
В представленном на фиг. 1 примере наружная поверхность 18 накрыта прозрачной панелью 34 из стекла или пластмассы, предназначенной для свободного пропускания солнечного излучения.
В качестве варианта практической реализации предлагаемого изобретения можно оставить наружную поверхность 18 полностью открытой или снабдить ее защитной ре-шеткой, предназначенной для защиты этой поверхности от ударов, принимая во внима-ние то обстоятельство, что эта поверхность обращена в окружающую среду.
Профилированные элементы 16 устройства в соответствии с предлагаемым изобре-тением имеют конфигурацию, выбранную таким образом, чтобы солнечное излучение R проникало через наружную поверхность 18 экрана данного устройства со стороны отра-жающих поверхностей профилированных элементов таким образом, чтобы это излучение могло затем распространяться в направлении внутренней поверхности 20, проходя при этом восходящий участок каналов 28. На практике, однако, предпочтительно минимизи-ровать число отражений этого излучения с тем, чтобы исключить или существенно уменьшить неизбежные потери энергии, связанные с каждым отражением.
Наибольшая часть энергии солнечного излучения, содержащаяся в электромагнит-ных волнах относительно малой длины и достигающая внутренней поверхности 20, пре-образуется в тепловое излучение относительно большой длины волны, которое уже не может уйти обратно, поскольку внутренняя поверхность 20 является замкнутой или за-крытой по определению.
Небольшая часть солнечного излучения, поглощенная в процессе отражения соот-ветствующими профилированными элементами 16, нагревает воздух, содержащийся в каналах 28, причем, нагретый воздух поднимается в направлении внутренней поверхно-сти 20 по причине меньшей плотности, а холодный воздух при этом опускается в направ-лении внутренней поверхности 18 по причине своей более высокой по сравнению с нагретым воздухом плотности.
В этих условиях нагретый солнечным излучением воздух блокируется в виде внут-ренней поверхности 20 и обеспечивает таким образом, нагревание приемной поверхно-сти 12, образуя при этом изолирующий промежуток пространства, препятствующий быстрому охлаждению приемной поверхности 12 после того, как устройство 10 перестает получать извне солнечное излучение.
Специальная конфигурация профилированных элементов 16 выбирается, в частно-сти, в зависимости от географической широты места, где должно быть установлено дан-ное устройство утилизации солнечной энергии в соответствии с предлагаемым изобрете-нием. Это делается для того, чтобы учесть фактический угол наклона А солнечного излу-чения R по отношению к горизонтальной плоскости в данном месте земной поверхности.
Действительно, выбирая соответствующим образом конфигурацию профилирован-ных элементов 16, можно обеспечить такое расположение конструктивных элементов данного устройства, что эффект нагревания будет обеспечиваться толко в том случае, ко-гда угол А имеет величину, располагающуюся в заданном диапазоне. В этом случае наибольшая часть энергии солнечного излучения достигает пластины 32 и преобразуется в тепловую энергию, тогда как оставшаяся часть этого излучения поглощается профили-рованными элементами данного устройства и нагревает при этом воздух, содержащийся во внутренней полости каналов.
Таким образом, можно спроектировать данное устройство таким образом, чтобы обеспечить нагревание приемной поверхности 12 только в холодный зимний период, ко-гда упомянутый выше угол А имеет величину ниже некоторого заранее определенного порогового значения и воспрепятствовать этому нагреву в жаркий летний период, когда этот угол А имеет величину, превышающую этот упомянутый выше порог, то есть, нахо-дится слишком высоко над горизонтом.
Вариант практической реализации предлагаемого изобретения, представленный на фиг. 2, тесно связан с предыдущим и представленным на фиг.1 вариантом, но содержит в отличие от него профилированные элементы 36, каждый из которых образован двумя тонкими пленками 38 и 40 искривленной конфигурации, изготовленными из материала с плохом теплопроводностью, причем, две эти тонкие пленки соединены между собой вдоль двух их концевых кромок, кромки 42 со стороны наружном поверхности 18 и кромки 44 со стороны внутренней поверхности 20.
Таким образом, между двумя пленками 38 и 40 такого же в принципе, элемента, 36 формируется изолирующее пространство 46, которое заполнено воздухом и которое поз-воляет улучшить, изоляционные характеристики данного устройства по отношению к аналогичному устройству, представленному на фиг.1. Иначе говоря, устройство, пред-ставленное на фиг. 2, функционирует в целом таким же образом, что и устройство, пред-ставленное на фиг.1. Однако, в варианте практической реализации предлагаемого устройства, показано на фиг.2, наружная поверхность 18 является открытой и наличие на ней прозрачной панели по аналогии с устройством, показанным на фиг. 1, не предусмат-ривается. В случае необходимости наружная поверхность 18 экрана в данном варианте устройства в соответствии с предлагаемым изобретением может быть защищена от внеш-них воздействий специальной предохранительной сеткой (на фиг. 2 не показана). Внут-ренняя поверхность 20 экрана является закрытой при помощи донной пластины 32 анало-гично устройству, представленному на фиг. 1. и описанному выше.
На фиг. 3 и 4 представлена панель 48, имеющая обычно прямоугольную форму. Эта панель имеет донную пластину 32, аналогичную пластине на внутренней стороне строй-ства, показанного на фиг.1 и 2. Эта панель может иметь, в качестве примера, квадратную форму с размерами 60 х 60 см. В приведенном на упомянутых выше фигурах примере практической реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением па-нель 48 содержит две кромки 50, предназначенные для того, чтобы располагаться в про-странстве вертикально. Между этими вертикальными кромками натянуты профилиро-ванные элементы 16, каждый из которых образован тонкой пленкой так, как это описано со ссылками на фиг.1. Каждый профилированный элемент 16 приведен к желаемой кон-фигурации и закреплен затем между двумя упомянутыми выше кромками 50 при помощи клеевых узлов крепления 52 (показаны схематически ид фиг.4). В данном примере реали-зации предлагаемого устройства каждый из профилированных элементов 16 прикреплен к каждой из кромок 50 при помощи двух клеевых опорных узлов 52, один из которых располагается в непосредственной близости от панели 34, а другой располагается около донной пластины 32. Разумеется, в данном случае есть возможность предусмотреть дру-гие типы средств фиксации этих профилированных элементов при том, что каждый из этих элементов 16 должен сохранять желаемую конфигурацию и должен быть натянут между упомянутыми выше кромками 50 панели предлагаемого устройства.
Донная пластина 32 в случае необходимости может содержать специальное покры-тие 32 темного цвета, например, черное покрытие, на своей поверхности, обращенной наружу, в сторону окружающей среды. Это необходимо для того, чтобы улучшить погло-щающие свойства данного устройства по отношению к солнечной энергии.
В качестве одного из возможных вариантов практической реализации панель, пред-ставленная на фиг.3 и 4, может быть снабжена профилированными элементами 36, ис-пользуемыми в предлагаемом устройстве, представленном на фиг.2.
В вариантах практической реализации предлагаемого устройства, показанных на фиг.1 и 2, профанированные элементы 16 или 36 имеют конфигурацию постоянной фор-мы, выбранную таким образом, чтобы солнечное излучение непосредственно доходило до приемной поверхности в результате нескольких отражений от их соответствующих отра-жающих поверхностей.
В варианте практической реализации устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, показанном на фиг. 5, на которую будут даны ссылки теперь, данное устройство содержит профилированные элементы 56, способные изменять свою конфи-гурацию. При этом каждый профилированный элемент 56 содержит неподвижную часть 58, которая проходит по восходящей линии, начиная от некоторой промежуточной зоны 60 экрана в направлении его внутренней поверхности 20, тогда как поворотная или регу-лируемая по положению часть 62 располагается в пространстве от наружной поверхности 18 этого экрана до уже упомянутой выше промежуточной зоны 60.
Каждая из частей 62 составного профилированного элемента экрана в соответствии с предлагаемым изобретением имеет возможность поворачиваться вокруг горизонтально-го шарнира, располагающегося вдоль упомянутой выше промежуточном зоны 60 профи-лированных элементов данного экрана. Соответствующие части 62 профилированных элементов 56 связаны между собак специальным органом связи 64, располагающимся вертикально и имеющим возможность скользить вверх или вниз в специальных направ-ляющих так, как показано стрелкой Г на фиг.5. Таким образом, соответствующие по-движные части профилированных элементов 56 имеют возможность поворачиваться син-хронизированным образом между двумя крайними положениями (представленными на фиг. 5 пунктирными линиями), имея при этом возможность занимать любое промежуточ-ное положение между указанными выше пределами, обозначенное условно сплошной линией.
Таким образом, имея возможность произвольно изменять положение в пространстве этих подвижных элементов профанированных конструкций данного экрана, можно кон-тролировать интенсивность солнечного излучения, которое проникает посредством отра-жений в каналы 28 и достигает внутренней поверхности 20 упомянутого выше экрана. Таким образом, эффективность данного устройства оптимизации использования солнеч-ной энергии может быть сделана максимальной в том случае, когда нагрев приемной сре-ды необходим и может быть сведена к нулю в тех случаях, когда необходимости в ис-пользовании солнечной энергии нет.
В представленном на фиг. 5 примере практической реализации предлагаемого изоб-ретения упомянутые выше части 58 и 62 профилированных элементов экрана изготовле-ны из тонкой пленки или тонкого листа, предпочтительно металлического происхожде-ния или выполненных из пластмассы, причем, эти элементы кроме всего прочего, снаб-жены специальными отражающими покрытиями на обеих поверхностях, обращенных кверху и вниз.
Устройство для утилизации солнечной энергии, представленное на фиг. .5, может быть интегрировано в специальную панель, представленную на фиг. 3 и 4. В приведен-ном в данном случае примере предлагаемое устройство, показанное на фиг. 5, содержит донную пластину 32 со стороны его внутренней поверхности 20, причем, его наружная поверхность 13 остается открытой.
В следующем возможном варианте практической реализации предлагаемого изобре-тения, представленном на фиг.6. данное устройство содержит профилированные элемен-ты 66, образованные не листовыми, а массивными элементами, обладающими неизмен-ным профилем или поперечной конфигурацией, соответствующей конфигурации лопат-ки газовой турбины. Эти упомянутые выше массивные элементы могут быть изготовле-ны из любых подходящих в данном случае материалов, обладающих достаточно низкой теплопроводностью, например, из пластических материалов, из бетона, из дерева и т.д.
Показанные на фиг. 6 элементы 66 предусмотрены обычно для перекрытия размеров элементов 16, 36 и 56, описанных выше. В качестве примера, можно привести конкрет-ные цифры, в соответствии с которыми ширина профилированных элементов может со-ставлять от 10 до 30 см, а интервал, разделяющий два профилированных элемента между собой, имеет величину в диапазоне от 5 до 10 см.
Упомянутые выше массивные элементы, представленные на фиг. 6, предназначены главным образом, для размещения снаружи от стены 14 данного здания или сооружения. Однако, эти массивные элементы могут быть использованы также и для других вариан-тов практического применения, в частности, для обеспечения нагрева воды в специаль-ных резервуарах и т.д.
Эти упомянутые выше элементы 66 ограничены двумя противоположными поверх-ностями 68 и 70, которые соединяются между собой вдоль первой концевой кромки 72, располагающейся со стороны наружной поверхности 18, и вдоль второй концевой кром-ки 74, которая располагается вдоль внутренней поверхности 20.
В варианте практической реализации предлагаемого изобретения, представленном на фиг.7, предлагаемое устройство утилизации солнечной энергии подобно соответству-ющему устройству,, представленному на фиг.2, причем, в этом случае экран данного устройства содержит кроме того, прозрачную панель 34, аналогичную соответствующей панели устройства, представленного на фиг.1.
В то же время устройство в соответствии с предлагаемым изобретением, представ-ленное на фиг. 7, содержит множество вспомогательных органов 76, продолжающих со-ответствующие профилированные элементы 36 со стороны наружной поверхности 18 данного экрана. Каждый вспомогательный орган 76 имеет верхнюю поверхность 78 тем-ного или черного цвета и нижнюю поверхность 80, покрытую отражающим слоем.
Упомянутые выше вспомогательные органы 78 могут быть выполнены неподвиж-ными (фиксированными) или регулируемыми по положению их в пространстве. Эти вспомогательные органы в принципе, наклонены на небольшой угол по отношению к горизонтальной поверхности в данном месте земной поверхности.
В холодный зимний период солнечное излучение имеет достаточно малый угол наклона к горизонтальной плоскости на данной географической широте и стремится от-разиться от нижних отражавших поверхностей 80 упомянутых профилированных эле-ментов с тем, чтобы проникнуть затем в воздушные каналы 28 и обеспечить таким обра-зом, нагревание приемной стены 14.
В жаркий летний период солнечное излучение наклонено под достаточно большим углом к горизонтальной поверхности на данной географической широте и падает на за-темнение или черные поверхности 78 упомянутых выше вспомогательных элементов, что обеспечивает радиационный нагрев этих вспомогательных элемент тов. Таким образом, полученная тепловая энергия высвобождается затем в направлении наружной поверхно-сти упомянутого выше экрана в результате конвекции, не попадая при этом во внутрен-нюю полость данного устройства. Само собой разумеется, что вспомогательные органы 78 подобного типа могут быть использованы в совокупности с профилированными эле-ментами, имеющими различные конфигурации.
В описанных выше вариантах практической реализации предлагаемого изобретения профилированные элементы имеют искривленные конфигурации, выполненные таким образом, чтобы внутренняя поверхность 20 экрана "не видела" свою наружную поверх-ность 18, что позволяет сформировать уже упомянутую выше радиационную или оптиче-скую пробку.
В варианте практической реализации предлагаемого изобретения, представленном на фиг. 8, данное устройство содержит профилированные элементы 82 ступенчатой фор-мы, которые в приведенном на фиг. 8 примере располагаются между панелью 32, прило-женной к стене 14 или к другой приемной среде, подлежащей нагреву и прозрачной па-нелью 34.
Вследствие специальной конфигурации профилированных элементов 82 внутренняя поверхность 20 данного экрана "не видит" свою наружную поверхность 18 и конструкция этих профилированных элементов позволяет обеспечить наличие многочисленных ради-ационных пробок вместо одной такой пробки, имеющей место в предыдущих вариантах практической реализации предлагаемого изобретения.
В варианте практической реализации предлагаемого изобретения, представленном на фиг.9, данное устройство содержит множество профилированных элементов 84, про-ходящих между наружной поверхностью 18, закрытой прозрачной панелью 34 и внутрен-ней поверхностью 20, закрытой панелью 32, которая может быть как прозрачной, так и непрозрачной.
В приведенном на фиг. 9 примере профилированные элементы 84 сходятся в направлении от наружной поверхности 18 к внутренней поверхности 20 экрана данного устройства. Таким образом, появляется возможность сформировать в толще экрана мно-жество сходящихся воздушных каналов.
Из описанной выше конфигурации предлагаемого устройства следует, что наружная поверхность экрана SE, на которую непосредственно падает солнечное излучение, имеет площадь, несколько большую, чем внутренней поверхности S1, располагающаяся со сто-роны приемной среды, предназначенной для нагрева. Таким образом, достигается эффект усиления и концентрации теплоты, источником которой является солнечная энергия.
В варианте практической реализации данного изобретения, показанном на фиг. 10, предлагаемое устройство выполнено в виде прозрачной стены. В этом случае, представ-ленном на фиг. 10, данное устройство содержит множество профилированных элементов 16, аналогичных профилированным элементам, показанным на фиг. 1 и располагающихся между наружной прозрачной панелью 34, на которую непосредственно падает свет солн-цам К. и внутренней также прозрачной панелью 86. Эта внутренняя панель 86 предназна-чается для расположения со стороны принимающей энергию среды 88, которая в данном случае представляет собой внутренний объем здания или сооружения. Таким образом, можно получить теплоизолирующую стену, которая сохраняет падающую на нее свето-вую энергию и которая может быть использована, например, для строительства оранже-рей или теплиц, при сооружении спортивных залов, веранд и т.д.
В варианте практической реализации данного изобретения, показанном на фиг.11, предлагаемое устройство выполнено в виде шторы, которая по своей конструкции имеет нечто общее с жалюзи или свенецианской шторой.
В данном случае предлагаемое устройство содержит множество профилированных элементов 90, каждым из которых образован пластинкой, в предпочтительном варианте изготовленной из пластмассы и имеющей небольшую толщину. Кроме того, каждая из этих пластмассовых пластинок снабжена отражающим слоем, нанесенным на каждую из ее сторон. Профиль каждого из элементов 90 близок к конфигурации профилированных элементов 16, показанных на фиг.1 и 4. Совокупность упомянутых выше профилирован-ных элементов 90 образует штору 92, которая в данном примере практической реализа-ции предлагаемого устройства размещается внутри здания позади застекленной поверх-ности стены или окна 94. Эта штора 92 содержит наружную поверхность 18, которая яв-ляется открытой и внутреннюю поверхность 20, которая закрыта элементами перекрытия 96, попарно связывающими профилированные элементы 90 со стороны этой упомянутой выше внутренней поверхности 20.
Предлагаемое устройство в виде шторы 92 позволяет улавливать солнечную энер-гию, приносимую лучами солнца К проникающими сквозь застекленную поверхность 94.
Данное устройство функционирует таким же образом, как и все описанные выше устройства и позволяет заблокировать нагретый воздух в каналах, образующихся между профилированными элементами 90 данной шторы.
Как показано на фиг. 12, упомянутые выше профилированные элементы 90 могут быть приближены друг к другу или разведены на некоторое расстояние при помощи натягиваемого шнура 96 или аналогичного приспособления так, как это обычно делается в известных пластинчатых шторах или жалюзи.
В варианте практической реализации данного изобретения, показанном на фиг. 12, элементы закрытия или перекрытия, располагающиеся со стороны внутренней поверхно-сти 20 данной шторы, образованы шторкой 100, имеющей совокупность складок и пока-занной в разложенном состоянии на фиг.12. В том случае, когда по желанию пользовате-ля и вследствие его целенаправленных действий профилированные элементы 90 упомя-нутой выше шторы сближаются между собой под действием средств натяжения 98, штор-ка 100 также складывается и ее складки приближаются друг к другу.
В варианте практической реализации данного изобретения, показанном на фиг. 13, упомянутые выше элементы закрытия или перекрытия образованы индивидуальными элементами 102, продолжающими соответственно, профилированные элементы 76 со стороны внутренней поверхности данной шторы. В приведенном на фиг. 13 примере эти индивидуальные элементы 102 образуют острый угол с данным элементом 90, с которым они связаны. Эти средства закрытия лишь частично перекрывают соответствующие воз-душные каналы. Разумеется, штора 92, показанная в различных вариантах своей практи-ческой реализации на фиг. 11, 12 и 13, может быть размещена также и с наружной сторо-ны здания или сооружения.
В варианте практической реализации данного изобретения, показанном на фиг.14, предлагаемое устройство выполнено в виде ставня или заслонки 104, которая в приве-денном здесь примере размещена позади застекленной поверхности 94 здания или соору-жения аналогично шторе, показанной на фиг.11.
Упомянутое выше устройство 104 в соответствии с предлагаемым изобретением, со-держит множество профилированных элементов 106, которые жестко связаны между со-бой донной панелью 18, которая может быть сделана как прозрачной, так и непрозрачной.
В случае реализации предлагаемого устройства в виде шторы, показанной в различ-ных вариантах на фиг. 11, 12 и 13, или в виде заслонки, показанной на фиг. 14, элементы закрытия в предпочтительном варианте являются прозрачными. Таким образом, эта штора или эта заслонка дают возможность свободного проникновения солнечного излучения и обеспечивают таким образом, нагревание приемной среды при полном сохранении изо-лирующих свойств данного устройства.
В варианте практической реализации данного изобретения, показанном на фиг. 15, предлагаемое устройство содержит множество профилированных элементов 16, установ-ленных с возможностью поворота относительно соответствующих осей, параллельных показанной на фигуре 15 оси110. Эти профилированные элементы могут занимать раз-личные положения в пространстве, соответствующие ориентации в зависимости, напри-мер, от угла наклона солнечных лучей R к горизонтальной поверхности.
На фиг. 15 сплошными линиями показаны два профилированных элемента в неко-тором первом положении, соответствующем углу падения солнечного излучения в 35° по отношению к горизонтальной поверхности в данном географическом месте. Два эти же профилированных элемента показаны пунктиром в некотором втором положении, соот-ветствующем углу падения в 20о солнечного излучения К. по отношению к горизонталь-ной поверхности.
Таким образом, имеется возможность оптимизировать процесс функционирования предлагаемого устройства с учетом измерения наклона падающих на землю лучей солнца в течение светового дня.
В качестве возможного варианта практической реализации данного изобретения можно предусмотреть возможность поворота панели, аналогичной панели, представлен-ной на фиг. 3, на которой профилированные элементы смонтированы неподвижным об-разом.
С учетом сказанного выше понятно, что предлагаемое устройство в соответствии с данным изобретением в целом находит применение в области улавливания солнечной энергии и преобразования ее в тепловую энергию, передаваемую приемной среде, кото-рая может, в частности, представлять собой стену здания или сооружения, стенку резервуара с водой и т.д.
Устройство в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет уловить сол-нечную энергию и передать ее той или иной приемной среде контролируемым образом, осуществляя при этом хорошую тепловую изоляцию с пониженным коэффициентом теп-ловых потерь, причем, профилированные элементы предлагаемого устройства обеспечи-вают при этом тройную блокировку: радиационную, конвективную и блокировку по теп-лопроводности.
Здесь следует отметить, что предлагаемое устройство в соответствии с данным изобретением функционирует достаточно эффективным образом даже в случае весьма слабого солнечного излучения или в случае облачной погоды.

US, патент, 4370974, кл. F 24 J 3/02, 1983. FR, патент, 2653528, кл. F 16 H 59/06, 1991. WO, международная заявка, 80/02712, кл. Е 06 В 9/24, 1980