Разработка фокона облегченной конструкции

Разработка фокона облегченной конструкции

Фоконы как вторичные концентраторы широко рекомендуются в гелиотехнике [1÷5] для использования в технологических процессах. Однако, при использовании фоконов как вторичных концентраторов имеется ряд проблем:

- при использовании совместно с широко апертурными концентраторами фокон способен концентрировать только излучение с апертурным углом менее 30o, излучение с большим апертурным углом поглощается на стенках фокона;

при больших концентрациях светового потока даже при высоком коэффициенте отражения порядка 0,9 часть энергии поглощается и вызывает нагрев фокона и его деформацию;

поэтому часто фоконы изготавливают из достаточно толстостенных металлов с высокой теплопроводностью.

Следует отметить, что коэффициент отражения металлов падает с температурой [6], поэтому важно обеспечить хороший отвод тепла, причем потоки тепла могут достигать сотен ватт на см2. Оценка показала, что при использовании обычных сталей или металлов толщина стенки фокона при охлаждении водой должна быть порядка 0,5 - 1,0 мм. При большей толщине стенок фоконов из-за недостаточного темпа теплоотвода тонкий слой отражающей поверхности фокона может иметь повышенную температуру и, соответственно, низкий коэффициент отражения.

Учитывая вышесказанное, нами изготовлен конический водоохлаждаемый фокон из тонкостенного металлического листа (0,5 мм) с коэффициентом отражения 60%. Фокон имеет следующие геометрические характеристики: входное отверстие 200 мм, выходное отверстие 400 мм, длина 500 мм. Внутренняя часть фокона покрыта отражающей пленкой с коэффициентом отражения до 90%. Следует отметить, что в связи с наличием неровностей металлического листа на котором расположена отражающая пленка, часть отраженного излучения рассеивается и, в связи с этим, коэффициент отражения направленного излучения в реальности находится в интервале 60-80%.

Разработанный фокон был установлен в фокальную зону Большой Солнечной Печи (БСП) тепловой мощностью 1000 кВт Узбекистана [7] (см. Рис. 1.). В процессе работы фокон охлаждается холодной водой и расход охлаждаемой воды через фокон и защитный экран составлял 0,4 л/c. Полагая, что тепло в воду в основном поступает из фокона, с учетом плотности падающего излучения оценили суммарный коэффициент отражения стенок фокона покрытых пленкой, которая составила величину порядка 25%.

фокон концентратор гелиотехника

Рис. 1. Фокон установленный в фокальную зону БСП

Распределение энергии на выходе фокона измерили Системой Технического Зрения (СТЗ) [8], в качестве диффузно-отражающего экрана использована термостойкая ткань типа КТ-11.

Эксперименты с фоконом в условиях БСП (широко апертурный концентратор 72о) показали что, основная энергия концентрируется у выхода фокона и при удалении экрана от выходного отверстия лучи сильно расходятся. Чтобы получить изображение вторично концентрированного пятна, приходится наклонить экран на несколько градусов. На рис. 2 приведен график распределения относительной энергии (изолиний яркостей) полученные с помощью СТЗ. Как видно, применение фокона позволяет не только повысить концентрацию излучения, но и получить центральную область с однородным энергетическим потоком.

Рис. 2. Изолинии яркостей, полученные фоконом легкой конструкции в фокальной зоне БСП.

Проведены предварительные испытания фокона. Показано, что данная конструкция может быть использована в качестве вторичного концентратора в фокусе БСП, в условиях сильно концентрированного солнечного света. В связи с сильной расходимостью излучения на выходе фокона, испытуемые образцы рекомендуется располагать либо внутри фокона либо непосредственно у выхода фокона.

Литература

[1] В.А. Баранов. Свойства параболоторических фотоконов. ОМП. 1965, №6, с 37-41

[2] Баранов В.А. Сочетания фоканов и фоклинов с приемниками излучения. Гелиотехника 1977, №1, с32-37

[3] Баранов В.К. Параболоторический фокон как вторичный концентратор солнечной энергии. Гелиотехника, 1977, №5, с 18-25

[4] Р.А. Захидов Т.А. Огнева, Клычев Ш.И.А.А. Вайнер, А.Ш. Ходжаев Исследование энергетических характеристик параболоторических фоконов. Гелиотехника, 1984, №3, с. 30-40

[5] Х. Ахмедов, Р.А. Захидов, Т.А. Огнева, Ш.И. Клычев, Исследование оптико-энергетических характеристик конусных концентраторов. Гелиотехника, 1991 №3, с 29-33

[6] Голубева, И.Л. Интегральные нормальные степени черноты жидких металлов и сплавов. Диссертация 01.04.14, кандидат тех. наук. М.2000

[7]. С.А. Азимов. Гелиотехника 1986. №6. С. 3

[8] А.А. Абдурахманов, Р.Ю. Акбаров, Ю.Б. Собиров, А.А. Юлдашев. Применение Системы Технического Зрения на большой солнечной печи. Гелиотехника 1998. №1. С. 49-52