Солнечные печи для нагрева и плавки материалов
Технологические процессы, связанные с применением солнечной энергии, могут подразделяться на высокотемпературные и низкотемпературные [Даффи, Дж. А., 1997]. группа высокотемпературных технологических процессов объединяет такие процессы, в которых температура достигает нескольких сотен и даже тысяч градусов. к ним можно отнести плавку металлов, спекание изделий из порошкообразных материалов, высокотемпературное разложение воды и кислот, поверхностную закалку деталей, обжиг клинкера при получении цемента и многие другие.
Для осуществления процессов рассматриваемой группы созданы специальные устройства — солнечные печи, одна из конструкций которых показана на рис. 31. Как видно из рисунка, поле гелиостатов 1, имеющих следящую систему, отражает солнечные лучи на концентратор 2. Отраженные концентратором лучи фокусируются на приемной камере 3, в которой осуществляется технологический процесс. Причем нагрев может проводиться дискретно, если обработке подвергается одиночная деталь, либо непрерывно, например, в случае осуществления обжига клинкера. так как в солнечной печи энергия концентрируется в ограниченном пространстве, то коэффициент концентрации энергии может достигать величин от 3 000 до 20 000, а температура в рабочей зоне — 3 000-4 000 °С. При этой температуре плавится любой материал на Земле [Колтун, М. М., 1987].
Рис. 31. Схема солнечной печи |
Преимуществом нагрева с помощью солнечных лучей является высокая скорость процесса, которая превышает 1 000 к/с. к тому же расплавляемый материал не загрязняется посторонними включениями, так как узкий луч плавит его в форме из того же материала. эта особенность дает возможность выплавлять особо чистое стекло для волоконной оптики. в рабочей камере можно создавать окислительную или восстановительную атмосферу. в мире построено несколько десятков солнечных печей. они имеются в соединенных Штатах, франции, Лпонии, Алжире, узбекистане, Армении и в других странах. Мощность установок колеблется в широких пределах от 5-10 кВт до 1 0005 500 кВт [Стребков, Д. С., 1999] .