СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 1996 года по МПК F24J2/34 

Изобретение относится к гелиотехнике, а конкретно к солнечным коллекторам.

Известен солнечный коллектор, содержащий тепловоспринимающий элемент, теплоизолированное днище и боковые стенки.

Недостатком такой конструкции является излишняя масса солнечного коллектора, обусловленная толщиной сплошной боковой стенки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является солнечный коллектор, содержащий тепловоспринимающий элемент, теплоизолированное днище и боковые стенки, содержащие полости, облегчающие изготовление и уменьшающие массу солнечного коллектора. Малая масса конструкции является преимуществом для производства (меньше расход материалов), транспортировки и монтажа солнечного коллектора. Однако при эксплуатации солнечного коллектора при значительных ветровых нагрузках, вызывающих аэродинамическое воздействие, малая масса может стать причиной разрушения солнечного коллектора. Также следует отметить, что малая приведенная теплоемкость, соответствующая малой массе является преимуществом при достаточно регулярном поступлении солнечного излучения. При прерывистом поступлении солнечного излучения в течение дня малая приведенная теплоемкость солнечного коллектора вызывает износ насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя через коллектор, за счет повышенной частоты коммутации (включения-выключения).

Цель изобретения улучшение регулирования теплопроизводительности и повышение эксплуатационной надежности за счет изменения массы и приведенной теплоемкости солнечного коллектора.

В солнечном коллекторе, содержащем тепловоспринимающий элемент, теплоизолированное днище и боковые стенки, содержащие полости, поставленная цель достигается тем, что в боковых стенках выполнены проточные заполняемые жидкостью каналы, образующие замкнутый контур, снабженный отверстиями для входа и выхода жидкости. Каналы в боковых стенках могут образовывать по меньшей мере два раздельных контура с раздельными входами и выходами, причем один из контуров объединяет каналы в боковых стенках, располагающиеся ниже поглощающей панели.

Не выявлено известных технических решений, которым отличительные признаки заявляемой конструкции придавали бы свойства идентичные или эквивалентные свойствам, придаваемым заявляемому.

Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность изменения массы и приведенной теплоемкости солнечного коллектора при эксплуатации, не увеличивая при этом расхода материалов при производстве, сохраняя малую массу при транспортировке и монтаже. Это достигается тем, что проточные каналы в боковой стенке обеспечивают заполнение солнечного коллектора дополнительно жидкостью.

Заполнение жидкостью каналов в боковых стенках после того, как коллектор установлен и смонтирован, увеличивает его устойчивость к ветровым нагрузкам и тем самым повышает эксплуатационную надежность и безопасность. Каналы в боковых стенках позволяют влиять также и на приведенную теплоемкость солнечного коллектора, обеспечивая режим работы с повышенной теплоемкостью. В условиях прерывистого поступления солнечного излучения режим работы солнечного коллектора с повышенной теплоемкостью улучшает режим работы циркуляционного насоса, обеспечивающего расход теплоносителя через коллектор, уменьшая число включений-выключений в этот период, выравнивает температуру на выходе из солнечного коллектора.

В отсутствие значительных ветровых нагрузок, при регулярном поступлении солнечного излучения или при демонтаже проточные каналы с отверстиями для входа и выхода позволяют провести опорожнение и обеспечить малую массу и приведенную теплоемкость солнечного коллектора более предпочтительную в этих условиях.

Для разделения функций повышения эксплуатационной надежности и регулирования приведенной теплоемкости целесообразно разделить проточные каналы в боковых стенках на два или более контуров. Один из этих контуров образуется из каналов, расположенных ниже поглощающей панели и решает лишь задачу увеличения массы. Каналы этого контура практически не влияют на приведенную теплоемкость солнечного коллектора, поскольку тепловое взаимодействие с нагретой панелью и воздушным зазором идет через слой тыльной теплоизоляции, препятствующей такому взаимодействию. Каналы, расположенные выше поглощающей панели, образуют контур или контуры, оказывающие влияние на приведенную теплоемкость.

На фиг. 1 показан солнечный коллектор с тепловоспринимающим элементом панельного типа в аксонометрии с поперечным разрезом; на фиг.2 солнечный коллектор с тепловоспринимающим элементом панельного типа в аксонометрии с поперечным разрезом с двумя раздельными контурами каналов в боковых стенках.

Солнечный коллектор содержит тепловоспринимающий элемент 1, прозрачное верхнее покрытие 2, теплоизолированное днище 3 и боковые стенки 4. В боковых стенках 4 выполнены проточные каналы 5, образующие замкнутый заполняющий контур, снабженный отверстиями для входа 6 и выхода 7 жидкости. Число отверстий для входа 6 и выхода 7 соответствует числу контуров, на которое разбиты каналы 5. На фиг.1, где все каналы 5 объединены в единый контур, одно входное отверстие 6 и одно выходное 7. На фиг.2, где каналы 5 разделены на два контура, соответственно имеется два входных 6 и два выходных 7 отверстия. Каналы 8, расположенные на уровне поглощающей панели и выше, образуют один контур заполнения каналов в боковых стенках жидкостью. Каналы 9, расположенные ниже поглощающей панели, образуют второй контур заполнения каналов в боковых стенках жидкостью.

Солнечный коллектор предлагаемой конструкции работает следующим образом.

Солнечное излучение поступает на наружную поверхность тепловоспринимающего элемента 1. Солнечное излучение, поступающее к элементу 1, превращается в полезную теплоту и отводится из коллектора нагретым теплоносителем, циркулирующим в тепловоспринимающем элементе 1. Динамика разогрева и охлаждения солнечного коллектора зависит от массы и теплоемкости элементов его составляющих.

При постоянном поступлении солнечного излучения и отсутствии ветровой нагрузки проточные каналы 5 находятся в опорожненном состоянии. Масса и приведенная теплоемкость коллектора минимальны, и коллектор быстро нагревается до рабочей температуры Т_р.

Рабочая температура может быть задана из условий нагрева: 40^оС для горячего водоснабжения, 70^оС для низкотемпературного отопления, и т.п. При аккумулировании производимого солнечным коллектором тепла рабочая температура определяется как температура в аккумуляторе плюс 1,5-2^оС.

Только при достижении рабочей температуры Т_р имеет смысл циркуляция теплоносителя через теплопоглощающий элемент 1. Циркуляция теплоносителя через теплопоглощающий элемент 1 прекращается, если температура элемента 1 падает ниже рабочей.

При прерывистом поступлении солнечного излучения каналы 5 через отверстия 6 заполняются жидкостью и увеличивают приведенную теплоемкость солнечного коллектора, изменяя динамику нагрева-охлаждения. В результате при прерывистом поступлении солнечного излучения уменьшается число включений-выключений циркуляции через солнечный коллектор. Заполнение каналов 5 жидкостью производится также и при усилении ветровой нагрузки. Увеличение массы солнечного коллектора увеличивает его устойчивость к ветровому воздействию.

Выход из режима повышенной массы и теплоемкости осуществляется после окончания упомянутых условий путем опорожнения каналов 5 в боковых стенках 4 через выходное отверстие 7.

Если каналы в боковых стенках 4 разделены на каналы 9, лежащие ниже поглощающей панели, и каналы 8, располагающиеся на уровне тепловоспринимающего элемента 1 и выше, то для регулирования приведенной теплоемкости заполняются-опорожняются только каналы 8, имеющие отдельные отверстия 6, 7 для входа и выхода. Каналы 9 заполняются с целью увеличения массы для противостояния ветровой нагрузке.

Использование предлагаемой конструкции солнечного коллектора позволяет повысить эксплуатационную надежность и регулируемость солнечной установки.

Сущность изобретения: солнечный коллектор содержит тепловоспринимающий элемент 1, прозрачное верхнее покрытие 2, теплоизолированное днище 3 и боковые стенки 4. Внутри боковых стенок 4 выполнены проточные заполняемые жидкостью каналы 5. При прерывистом поступлении солнечного излучения каналы 5 через отверстия 6 заполняются жидкостью и увеличивают приведенную теплоемкость солнечного коллектора, изменяя динамику нагрева-охлаждения. В результате при прерывистом поступлении солнечного излучения уменьшается число включений-выключений циркуляции через солнечный коллектор, выравнивается температура теплоносителя на выходе из тепловоспринимающего элемента 1. Заполнение каналов 5 жидкостью производится также и при усилении ветровой нагрузки. Увеличение массы солнечного коллектора увеличивает его устойчивость к ветровому воздействию. 2 ил.

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР, содержащий корпус с теплоизолированными днищем и боковыми стенками и установленный в корпусе тепловоспринимающий элемент, причем в стенках корпуса выполнены полости, отличающийся тем, что полости выполнены в виде заполненных жидкостью проточных каналов, объединенных в один или два замкнутых по периметру корпуса контура, снабженных отверстиями для входа и выхода жидкости, при этом при объединении каналов в два контура каналы одного из контуров расположены выше теплопоглощающего элемента, а другого - ниже.