СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 1999 года по МПК F24J2/26 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкции солнечных коллекторов для нагрева теплоносителя.

Известен солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус, прозрачное покрытие, поглощающие каналы прямоугольного сечения и отражающую солнечное излучение поверхность (SU 1474391).

Технический недостаток коллектора - ограниченное применение, поскольку прямоугольные трубы не выдерживают высокого давления; наличие мертвых зон и возможность гидравлических ударов, так как трубы расположены горизонтально, а вход и выход каналов для пропуска теплоносителя расположены по диагонали корпуса; возможность замедления или прекращения естественной циркуляции при наличии противоуклона.

Известно устройство для нагрева воды, включающее корпус с трубами, расположенными в виде лабиринта, имеющего весьма длинную развернутую длину, при этом полость корпуса заполнена песком (SU 321665).

Технический недостаток устройства - повышенные габариты и гидравлическое сопротивление из-за наличия сложно изогнутых труб большой длины; нетехнологичность изготовления трубной системы; сезонный характер использования, поскольку в холодное время года песок не будет нагревать трубы.

Известен также солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус, прозрачное покрытие, поглощающую поверхность в виде расположенных в корпусе в единой плоскости поглощающих труб с двумя параллельными каналами для пропуска теплоносителя и тепловую изоляцию под ней (SU 1474392).

Технический недостаток данного коллектора - наличие и технологическая сложность изготовления отражателя солнечного излучения с двумя цилиндрическими и одной плоской поверхностями, которые лишь в определенное время дня направляют отраженные лучи на трубы; обусловленное конструкцией отражателя горизонтальное расположение каналов для пропуска теплоносителя (вдоль короткой стороны корпуса), что существенно увеличивает поле солнечной приемной поверхности и площадь, занимаемую коллектором; повышенные толщина и масса коллектора из-за необходимости применения труб большого диаметра и относительно большой развернутой длины отражателя.

Техническая задача - улучшение технико-эксплуатационных показателей.

Согласно изобретению каналы для пропуска теплоносителя установлены вдоль длинных сторон корпуса, вдоль коротких сторон установлены трубы большого диаметра, сообщающиеся с поглощающими трубами и с каналами для пропуска теплоносителя, поглощающая поверхность образуется указанными трубами, каналами и размещенными в промежутках между ними перемычками, при этом корпус выполнен герметичным с уплотнением между ним и прозрачным покрытием.

На фиг. 1 изображен солнечный тепловой коллектор, общий вид в аксонометрической проекции; на фиг. 2 - нагревательная панель (теплообменник) коллектора; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1 (повернуто); на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2.

Солнечный тепловой коллектор содержит герметичный корпус 1, закрываемый прозрачным покрытием 2. Корпус снабжен отбуртовкой 3, к которому посредством прижимных планок 4 и крепежных элементов крепится прозрачное покрытие. Между покрытием 2 и отбуртовкой 3, а также между покрытием и прижимными планками 4 предусмотрены уплотнения 5, которые обеспечивают герметизацию корпуса и предохраняют от повреждения прозрачное покрытие 2, которое может изготавливаться из стекла. Внутри корпуса 1 установлена нагревательная панель (теплообменник) 6 с выходящими за пределы корпуса входами 7 холодного и выходами 8 горячего теплоносителя, например воды. Нагревательная панель включает набор размещенных параллельно длинной стороне корпуса труб 9, несущих функции поглощающих труб; трубы 9 расположены в одной плоскости. В этой же плоскости, по краям труб 9 - вдоль длинных сторон корпуса установлены каналы 10 для пропуска теплоносителя. Каналы 10 могут быть выполнены из таких же труб, что и поглощающие трубы 9. Вдоль коротких сторон корпуса установлены поперечные трубы 11 большого диаметра, сообщающиеся с поглощающими трубами 9 и трубами 10 - каналами для пропуска теплоносителя. С противолежащей стороной труб 11 сообщаются также входы 7 холодного и выходы 8 горячего теплоносителя, при этом соответствующие входы 7, трубы 10 и выходы 8 образуют прямые (сплошные) каналы для пропуска теплоносителя. Поглощающая поверхность образуется указанными трубами 9 и 11, каналами 10 и размещенными в промежутках между ними перемычками 12. В поглощающую поверхность включаются также полосы 13, размещенные по наружным сторонам каналов 10. Перемычки 12 и полосы 13 жестко скреплены преимущественно с помощью сварки с соответствующими сторонами труб 9, 11 и каналов 10. Под нагревательной панелью 6 - на дне герметичного корпуса 1 размещена тепловая изоляция 14. Между панелью 6 и прозрачным покрытием 2 предусмотрена воздушная прослойка 15.

Элементы коллектора могут иметь размеры: проходной диаметр труб 9 и каналов 10-20 мм; проходной диаметр поперечных труб 11-25 мм; толщина перемычек 12 и полос 13 - 1,5 мм, длина каналов 10 (вместе с входом 7 и выходом 3)≈ 1,5 м; ширина нагревательной панели - около 0,6 м. Панель 6, или по крайней мере, ее сторона, обращенная к прозрачному покрытию 2, окрашена в черный цвет.

Солнечный тепловой коллектор работает следующим образом.

Коллектор устанавливают длинной стороной в направлении ЮГ-Север. Солнечное излучение проходит сквозь прозрачное покрытие 2 и попадает на поглощающую поверхность - поглощающие трубы 9, каналы 10, поперечные трубы 11 и размещенные в промежутках между ними перемычки 12, а также на полосы 13, размещенные по наружным сторонам каналов 10. За счет сравнительно небольшого поперечного размера труб и каналов и малой толщины перемычек и полос нагревательная панель (теплообменник) 6 быстро разогревается, при этом перемычки 12 и полосы 13 передают свое тепло трубам и каналам 10. Этому способствуют: наличие тепловой изоляции 14 под нагревательной панелью 6; наличие воздушной прослойки 15 между панелью и прозрачным покрытием 2; герметичность корпуса 1 и, в частности, его стыка с прозрачным покрытием; покрытие панели 6 в черный свет, поглощающий солнечные лучи. Внутри корпуса создается микроклимат (парниковый эффект). Теплоноситель (холодная вода) подводится к входам 7, посредством поперечных труб 11 большего диаметра вода поступает как в каналы 10, так и в поглощающие трубы 9. Нагрев теплоносителя вызывает его естественную циркуляцию, вследствие чего теплоноситель поднимается по трубам 9 и каналам 10 и посредством верхней поперечной трубы 11 большего диаметра попадает в выходы 8 и далее - в систему горячего водоснабжения.

Таким образом, конструкция коллектора и его нагревательной панели (теплообменника) 6 характеризуются технологичностью при изготовлении, упрощением монтажа, универсальностью при эксплуатации, снижением габаритов, массы, гидравлического сопротивления и площади под коллектором. Это достигается за счет установки параллельно длинным сторонам корпуса поглощающих труб 9 и каналов 10 для пропуска теплоносителя, изготовленных из таких же труб и расположенных по краям поглощающих труб - вдоль длинных сторон корпуса, при этом входы 7, выходы 8 и каналы 10 расположены на одной оси; наличия поперечных труб 11 большего диаметра, установленных вдоль коротких сторон корпуса и сообщающихся с поглощающими трубами 9, каналами 10, входами 7 и выходами 8. Благодаря этому мертвые зоны в панели 6 практически отсутствуют, улучшается естественная циркуляция теплоносителя, снижается гидравлическое сопротивление в системе. При изготовлении труб 9, 11 и каналов 10 из стандартных труб небольшого диаметра не только снижаются габариты и масса конструкции, но и снимается ограничение на давление в системе, тонкостенные трубы быстро прогреваются, отдавая свое тепло теплоносителю, наличие перемычек между трубами и герметичность корпуса повышают эффективность коллектора. При таком исполнении коллектора снижается его стоимость и затраты на монтаж, при этом соответствующем теплоносителе коллектор может использоваться в любое время года. В итоге обеспечивается улучшение технико-эксплуатационных показателей при нагреве теплоносителя.

Изобретение относится к солнечным тепловым коллекторам для нагрева теплоносителя. Коллектор содержит герметичный корпус 1, прозрачное покрытие 2, поглощающую поверхность в виде расположенных в корпусе в одной плоскости поглощающих труб 9 с двумя параллельными каналами 10 для пропуска теплоносителя и тепловую изоляцию 14 под ней. Каналы 10 для пропуска теплоносителя установлены вдоль длинных сторон корпуса 4, вдоль коротких сторон установлены трубы 11 большего диаметра, сообщающиеся с поглощающими трубами 9 и с каналами 10 для пропуска теплоносителя, поглощающая поверхность образуется трубами 9, каналами 10 и размещенными в промежутках между ними перемычками 6, при этом корпус выполнен герметичным с уплотнением 5 между ним и прозрачным покрытием 2. Изобретение позволяет упростить изготовление и улучшить поглощающую способность. 4 ил.

Солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус, прозрачное покрытие, поглощающую поверхность в виде расположенных в корпусе в одной плоскости поглощающих труб с двумя параллельными каналами для пропуска теплоносителя и тепловую изоляцию под ней, отличающийся тем, что каналы для пропуска теплоносителя установлены вдоль длинных сторон корпуса, вдоль коротких сторон установлены трубы большего диаметра, сообщающиеся с поглощающими трубами и с каналами для пропуска теплоносителя, поглощающая поверхность образуется указанными трубами, каналами и размещенными в промежутках между ними перемычками, при этом корпус выполнен герметичным с уплотнением между ним и прозрачным покрытием.