СОЛНЕЧНЫЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1994 года по МПК F24J2/28 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в сушильных установках и в системах воздушного отопления. Направлено изобретение на повышение КПД этих установок.

Известен солнечный воздухонагреватель с рабочей теплопоглощающей поверхностью в виде капиллярной структуры, значительно интенсифицирующая процесс поглощения солнечной радиации, в которой длина тупиковых капилляров пятикратно превышает их диаметр [1] .

Недостатком этой конструкции является низкий КПД из-за того, что капиллярная структура на процесс теплоотдачи от рабочей теплопоглощающей поверхности к потоку воздуха влияет незначительно, так как капилляры турбулизируют тонкий слой воздуха и то при значительных скоростях движения. Малая интенсивность теплообмена приводит к общему росту температуры конструкции и к увеличению потерь в окружающую среду, а это в свою очередь к уменьшению КПД.

Наиболее близким техническим решением по принципу действия и конструкции является солнечный воздухонагреватель, содержащий корпус с прозрачным ограждением, днищем входным и выходным патрубками и установленные в корпусе прозрачный и поглощающий элементы с перпендикулярными ограждению сквозными капиллярными каналами. Элементы выполнены в виде пакета поочередно установленных перпендикулярно ограждению прозрачных и поглощающих перегородок, причем прозрачные перегородки имеют высоту, большую высоты поглощающих перегородок и выполнены со скошенными верхними кромками [2] .

Недостатком этой конструкции является низкий КПД из-за того, что прозрачные элементы приводят к уменьшению пропускательной способности воздухонагревателя и капиллярная структура на процесс теплоотдачи от теплопоглощающей поверхности к потоку воздуха влияет незначительно. Низкое значение пропускательной способности и малая интенсивность теплообмена приводят к снижению количества удельной полезной теплоты, получаемой гелиоприемником от солнечной радиации, а это в свою очередь к уменьшению КПД.

Целью изобретения является повышение КПД воздухонагревателя.

На фиг. 1 изображен солнечный воздухонагреватель, продольное сечение; на фиг. 2 - то же, план; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1.

Солнечный воздухонагреватель содержит теплоизолированный корпус 1 с прозрачным покрытием 2 и плоский поглотитель 3, выполненный в виде капиллярной структуры с капиллярами 4, 5 и разделяющий корпус на верхний подающий 6 и нижний отводящий 7 воздушные каналы. Часть капилляров выполнена тупиковыми 4, а в поглотителе выполнены открытые в сторону нижнего канала полости 8, сообщенные с проходными капиллярами 5. Верхний подающий канал 6 подключается к патрубку подачи холодного воздуха 9, а нижние полости 8 - к сборному коллектору нагретого воздуха 10. Длина тупиковых капилляров 4 равна 5-ти диаметрам d, диаметр D воздушных полостей 8 составляет около (1,0-1,5) от толщины поглотителя δ , шаг воздушных полостей 8 должен в 1,5-2 превышать его диаметр. При указанном соотношении размеров капилляров и каналов солнечный воздухонагреватель характеризуется наибольшим КПД.

Воздухонагреватель работает следующим образом.

Солнечная радиация, проходя через прозрачное покрытие 2, поглощается поглотителем 3 и основанием воздушных полостей 8 за счет многократного переотражения в тупиковых капиллярах 4 и прохождения через проходные каналы 5, которые вследствие этого интенсивно нагреваются. Воздух подается через распределительный коллектор 9 и проходит по верхнему воздушному каналу 6. Омывая поглотитель 3 со стороны капиллярной структуры, которая турбулизирует поток и интенсифицирует его нагрев, воздух проходит через проходные капилляры 5, нагреваясь при этом и струйками выходит в полости 8, где происходит дальнейший его нагрев и через сборный коллектор 10 отводится к потребителю.

Поскольку в процесс теплообмена включаются поверхности воздушных каналов и проходных капилляров, поверхность теплообмена увеличивается в 2-3 раза. Кроме того, вход и выход воздушных струек приводят к турбуляризации потока воздуха как на верхней поверхности поглотителя, так и на поверхностях нижних полостей, что интенсифицирует процесс теплообмена его с этими поверхностями. Интенсивный теплосъем во всем объеме поглотителя позволит снизить температуру конструкции, а следовательно, и теплопотери воздухонагревателя в окружающую среду и тем самым повысить его КПД.

Поглотитель 3 может изготавливаться из следующих материалов: легких металлов, пластмасс, полистирола, пенопласта, пенополиуретана и др. путем отливки в соответствующих формах.

Профили нижних полостей выбираются в зависимости от материала поглотителя из условия обеспечения прочности, надежности и технологичности изготовления. С учетом этого приняты полукруглые каналы. (56) Авторское свидетельство СССР N 1495596, кл. F 24 J 2/28, 1989.

Авторское свидетельство СССР
N 1437633, кл. F 24 J 2/28, 1988.

Использование: в сушильных установках и в системах воздушного отопления. Сущность изобретения: солнечный воздухонагреватель содержит теплоизолированный корпус 1 с прозрачным покрытием 2 и плоский поглотитель 3, выполненный в виде капиллярной структуры с капиллярами 4, 5 и разделяющий корпус на верхний отводящий 7 воздушные каналы. Часть капилляров выполнена тупиковыми 4, а в поглотителе выполнены открытые в сторону нижнего канала полости, сообщенные с проходными капиллярами 5. Верхний подающий канал 7 подключается к патрубку подачи холодного воздуха 9, а нижние полости 8 - к сборному коллектору нагретого воздуха 10. 3 ил.

СОЛНЕЧНЫЙ ВОЗДУХОНАГРЕВАТЕЛЬ, содержащий теплоизолированный корпус с прозрачным покрытием и плоский поглотитель, выполненный в виде капиллярной структуры с проходными капиллярами и разделяющий корпус на верхний подающий и нижний отводящий воздушные каналы, отличающийся тем, что часть капилляров выполнена тупиковыми, а в поглотителе выполнены открытые в сторону нижнего канала полости, сообщенные с проходными капиллярами.