СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР-АККУМУЛЯТОР Российский патент 1997 года по МПК F24J2/04 F24J2/34 F24J2/44 

Изобретение относится к гелиотехнике и касается солнечных нагревателей жидкости периодического действия, аккумулирующих солнечную теплоту в емкости, заполненной жидкостью, для бытовых и производственных нужд.

Известны солнечные водонагреватели, состоящие из теплоизолированного бака и коллектора солнечной энергии с теплопоглощающей панелью [1]
Известен солнечный коллектор-аккумулятор [2] содержащий теплоизолированный корпус со светопрозрачным покрытием и перегородку, образующую с корпусом аккумулирующую емкость накопительную камеру, а с тепловоспринимающей панелью канал для теплоносителя, гидравлически связанный с накопительной камерой щелевым каналом зазором над и под перегородкой.

Недостатком этого коллектора аккумулятора является резкое снижение эффективности при неполном баке, когда уровень жидкости в нем оказывается ниже верхнего торца перегородки. В этом случае нагретая со стороны коллектора жидкость не имеет возможности перетекать в накопительную камеру ввиду того, что перепускной щелевой зазор, "работающий" при полном баке, оказывается выше уровня жидкости. Ввиду невозможности отвода сверху нагретой жидкости из нагреваемой полости в накопительную прекращается и поступление холодной жидкости в нагреваемую полость, т.е. полностью прекращается циркуляция жидкости, а теплоперенос осуществляется, в основном, за счет теплопроводимости жидкости и материала перегородки, т.е. значительно менее интенсивно, чем при свободной круговой естественной циркуляции жидкости.

Этого недостатка можно избежать, если в известном солнечном коллекторе в перегородке в зоне верхнего уровня воды выполнить циркуляционные каналы-окна в виде горизонтальных рядов поперечных отверстий, что и предлагается в изобретении.

На чертеже показан солнечный коллектор-аккумулятор, поперечный вертикальный разрез.

Солнечный коллектор-аккумулятор содержит теплоизолированный корпус бак 1 и коллектор солнечной энергии, образованный теплопоглощающей панелью стенкой 1 бака, обращенной к солнцу, лучепрозрачным покрытием, например остеклением 3, которое может быть выполнено многослойным, корпус-бак снабжен подающим, выпускным и воздуховыпускным штуцерами 5, 6 и 7 (патрубками). При этом холодная жидкость поступает в нижнюю часть корпуса, а нагретая забирается из-под верхнего уровня воды через гибкий шланг 4, закрепленный на поплавке 8. Внутри корпуса 1 вдоль теплопоглощающей панели 2 с небольшим зазором А от нее (А 10.60 мм) установлена перегородка 9 (в лучшем случае из материала с малой теплопроводностью), образующая с тепловоспринимающей панелью 2 относительно узкий канал 10, по которому поднимается нагретая жидкость, а под перегородкой 9 расположена накопительная камера 11, по которой опускается менее нагретая жидкость. Камера 11 и канал 10 сообщается между собой посредством нижнего и верхнего перепускных каналов 12 и 13. Канал 10 и камера 11 вместе составляют аккумулирующую емкость бак 1. В перегородке 9 выполнены поперечные отверстия (щели) 14, располагаемые рядами. В простейшем случае в перегородке может быть один ряд отверстий 14.

Солнечный коллектор-аккумулятор работает следующим образом.

Коллектор-аккумулятор устанавливают с ориентированием передней стенки корпуса 1 и, соответственно, тепловоспринимающей поверхностью коллектора солнечной энергии панели 2 по-возможности нормально к направлению солнечной радиации (стрелка В). После заполнения корпуса 1 через подающий штуцер 5 подлежащей нагреву водой до уровня, превышающего положение верхней кромки разделительной перегородки 9, или до появления воды в воздуховыпускном штуцере 7 коллектор-аккумулятор готов к работе.

Теплопоглощающая поверхность панель 2, нагреваемая солнечной радиацией, как и в прототипе, отдает теплоту непосредственно контактирующему с ней слою жидкости, нагревая его и обеспечивая тем самым естественную циркуляцию жидкости по контуру: обогреваемый канал 10 с восходящим потоком верхний перепускной канал 13 (между верхним торцом перегородки и верхней частью корпуса бака) накопительная камера 11 и нижний перепускной канал 12 (между нижним торцом перегородки и нижней частью корпуса), по которому более холодная жидкость поступает для нагрева поверхностью 2 и дальнейшего подъемного движения.

При снижении верхнего уровня жидкости ниже верхнего обреза перегородки канал 13 оказывается незалитым водой и теряет свою функциональную роль как участок общего контура циркуляции.

В соответствии с чертежом при снижении верхнего уровня жидкости ниже верхнего обреза перегородки роль перепускного циркуляционного канала, позволяющего перетекать жидкости из нагреваемой зоны в аккумулирующую, играют ряды поперечных отверстий в перегородке. Если этих рядов не много, то при полном баке они не сильно турбулизуют поток за счет дополнительного трения при циркуляционном движении жидкости. Поднимающийся поток более легкой нагретой жидкости прижимается к нагретой панели-стенок 2 и скользит вдоль нее. При этом практически отсутствуют силы, действующие на любой объем жидкости в направлении отверстий. В свою очередь, поток относительно тяжелой более холодной жидкости опускается вниз, прижимаясь к теневой наклонной стенке бака. При этом также практически отсутствуют какие-либо силы, действующие на этот поток в направлении отверстий.

Необходимость иметь неполный бак-аккумулятор возникает не только при частичном использовании жидкости, но и при малом ее расходовании. Например, коллектор-аккумулятор, применяемый в качестве водонагревателя в бытовых целях, летом используется с полной нагрузкой, а осенью с пониженной. В этом случае бак лучше заливать не полностью во избежание застоя тепловой воды и потери ее бытовых качеств.

Использование: для нагрева теплоносителя, например воды, для бытовых и промышленных нужд. Сущность изобретения: в корпусе-баке, одновременно являющемся аккумулятором горячей воды, в средней части перегородки коллектора, отделяющей нагревательную часть от аккумулирующей - накопительной камеры и являющейся разделителем восходящего потока жидкости от нисходящего, выполнен один или несколько поперечных рядов отверстий. 1 ил.

Солнечный коллектор-аккумулятор, содержащий установленный наклонно теплоизолированный корпус с теплопоглощающей панелью, образующей переднюю стенку бака для теплоносителя, и установленную в баке перегородку, расположенную вдоль теплопоглощающей панели с зазором относительно нее и с образованием под перегородкой накопительной камеры, сообщающейся с зазором посредством нижнего и верхнего перепускных каналов, отличающийся тем, что перегородка выполнена с поперечными отверстиями, служащими верхними перепускными каналами при снижении уровня теплоносителя в баке.