ГЕЛИОМОДУЛЬ Российский патент 1996 года по МПК F24J2/34 

Изобретение относится к гелиотехнике, а конкретно к солнечным нагревательным установкам.

Известна гелиоустановка в виде гелиомодуля, предназначенная для нагрева воды, содержащая поглощающие панели, подключенные с двух сторон к аккумулирующей емкости.

Недостатком такой конструкции является большая площадь для размещения, бесполезные тепловые потери с тыльной стороны поглощающих панелей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является модульная гелиоустановка, выполненная в виде треугольной призмы, на одной из сторон которой находится тепловоспринимающая панель. Такая конструкция позволяет сократить занимаемую площадь. Совмещение поглощающей панели с лицевой поверхностью бака позволяет избежать бесполезных тепловых потерь с тыльной стороны поглощающей панели. Однако приведенная конструкция имеет повышенные теплопотери с наружной стороны тепловоспринимающей поверхности, обращенной к солнцу, в периоды отсутствия излучения. В данной конструкции это является неизбежным, поскольку с целью эффективного подвода солнечной энергии поглощающая панель и стенка бака выполнены из материалов с высокой теплопроводностью. В результате в периоды отсутствия солнечного излучения происходит быстрое охлаждение нагретой воды. Этому способствуют и тепловые потери с донной, тыльной и боковых поверхностей. Чтобы их избежать, необходима тщательная теплоизоляция в виде дополнительного слоя, а это увеличивает материалоемкость.

Цель изобретения повышение теплопроизводительности и снижение материалоемкости.

В гелиомодуле в виде треугольной призмы, содержащем тепловоспринимающую, тыльную, донную и боковые поверхности, поставленная цель достигается тем, что поверхности гелиомодуля снабжены каналами, причем каналы тыльной, донной и боковых поверхностей содержат среду с меньшей теплопроводностью, а каналы тепловоспринимающей поверхности содержат среду с большей теплопроводностью и снабжены отверстиями для входа и выхода.

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

Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность преобразовывать солнечную энергию в тепловую с учетом прерывистости поступления, обусловленного как регулярными (суточное чередование), так и стохастическими (облачность) факторами. Это достигается тем, что предлагаемые каналы в поверхностях гелиомодуля позволяют влиять на коэффициент теплопередачи. Каналы и поглощающей поверхности позволяют изменять теплопередачу в зависимости от режима эксплуатации: при поступлении солнечного излучения каналы, заполненные теплопроводной средой, обеспечивают высокую теплопередачу, необходимую для эффективного теплового преобразования солнечной энергии, при отсутствии солнечного излучения каналы, освобожденные от теплопроводной среды, обеспечивают низкую теплопередачу, необходимую для сохранения поступившего тепла. Каналы в тыльной, донной, и боковых поверхностях обеспечивают низкую теплопередачу и снижают материалоемкость конструкции.

На чертеже показан гелиомодуль в аксонометрии с поперечным разрезом.

Гелиомодуль содержит тепловоспринимающую, обращенную к солнцу, поверхность 1, тыльную поверхность 2, донную поверхность 3, две боковые поверхности 4. В тыльной 2, донной 3 и боковых 4 поверхностях выполнены каналы 5. В тепловоспринимающей поверхности выполнены каналы 6, снабженные отверстием для входа 7 и выхода 8. Гелиомодуль снабжен также отверстиями для заполнения 9 и опорожнения 10 нагреваемой водой. Для выбора конкретного материала гелиомодуля следует руководствоваться теплотехническими и технологическими соображениями.

С теплотехнической точки зрения предлагаемую конструкцию целесообразно выполнять из материала, имеющего теплопроводность порядка 0,1.1 Вт/(м² ·К). Такую теплопроводность имеют полимерные материалы (полипропилен, полиэтилен, полибутен, и др.) и резина. С технологической точки зрения из этих материалов можно получать методом экструзии поверхности с каналами, являющиеся основой конструкции.

Гелиомодуль предлагаемой конструкции работает следующим образом.

Гелиомодуль заполняется нагреваемой водой через отверстие 9. Солнечное излучение поступает на тепловоспринимающую поверхность 1. Солнечное излучение, поступающее к элементу 1, превращается в полезную теплоту и нагревает теплоноситель (воду) в гелиомодуле. При этом тепловые потери с тыльной 2, донной 3 и боковых 4 поверхностей уменьшаются за счет каналов 5, содержащих слаботеплопроводную среду (например, воздух). Каналы 6 заполняются более теплопроводной средой (например, водой) через отверстие 7, что обеспечивает эффективный подвод солнечной энергии к нагреваемому объему через поверхность 1. При отсутствии солнечного излучения (в ночное время, во время облачности) каналы 7 опорожняются через отверстие 8, в результате чего уменьшается коэффициент теплопередачи и потери полезного тепла уменьшаются. Нагретая в гелиомодуле вода используется по мере необходимости через отверстие 10.

Использование предлагаемой конструкции гелиомодуля позволяет повысить теплопроизводительность и снизить материалоемкость.

Сущность изобретения: гелиомодуль содержит тепловоспринимающую, обращенную к солнцу, поверхность 1, тыльную поверхность 2, донную поверхность 3, две боковые поверхности 4. В тыльной 2, донной 3 и боковых 4 поверхностях выполнены каналы 5. В тепловоспринимающей поверхности выполнены каналы 6, снабженные отверстием для входа 7 и выхода 8. Гелиомодуль снабжен также отверстиями для заполнения 9 и опорожнения 10 нагреваемой водой. При этом тепловые потери с тыльной 2, донной 3 и боковых 4 поверхностей уменьшаются за счет каналов 5, содержащих слаботеплопроводную среду (например, воздух). Каналы 6 заполняются более теплопроводной средой (например, водой) через отверстие 7, что обеспечивает эффективный подвод солнечной энергии к нагреваемому объему через поверхность 1. При отсутствии солнечного излучения (в ночное время, во время облачности) каналы 7 опорожняются через отверстие 8. 1 ил.

ГЕЛИОМОДУЛЬ, содержащий корпус, заполненный нагреваемым теплоносителем и выполненный в виде треугольной призмы, одна поверхность которой выполнена тепловоспринимающей, а остальные - теплоизолированными, отличающийся тем, что все поверхности корпуса снабжены каналами, заполненными средой, причем теплопроводность среды в каналах теплоизолированных поверхностей меньше теплопроводности среды в каналах тепловоспринимающей поверхности и последние снабжены входными и выходными отверстиями.