ПОГЛОЩАЮЩАЯ ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК F24J2/24 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в солнечных коллекторах, предназначенных для нагрева воды.

Известны поглощающие панели солнечных коллекторов, выполненные из алюминиевого сплава в виде профиля листотрубной конструкции путем вытягивания из расплава (см. , например, З.А. Кабилов, В.В. Пеллер, Г.Г. Хохлов, Б.Н. Корчунов, А. С. Костыгов, В.В. Ветров, С.А. Пульнев "Развитие работ по металлическим профилированным изделиям для солнечной энергетики", журнал Известия Академии Наук, сер. физическая, т.58, N 9, c.172-175, 1994 г.).

Недостатком известных поглощающих панелей солнечных коллекторов в виде профилей из алюминиевых сплавов является их низкая коррозионная стойкость при взаимодействии с нагреваемой водой.

Известна поглощающая панель солнечного коллектора и способ ее изготовления из алюминиевого профиля листотрубной конструкции и медной трубки. Алюминиевый профиль по всей длине своей трубы имеет продольный разрез, причем внутренний диаметр трубы профиля имеет размер, несколько меньший размера наружного диаметра медной трубки. Изготовление поглощающей панели осуществляется путем установки внутри трубы профиля медной трубки и фиксации ее положения за счет некоторой упругой деформации стенки трубы профиля (см., например, Танака С., Суди Р. "Жилые дома с автономным солнечным теплоснабжением". М., 1989 г., стр. 37).

Недостатком известной поглощающей панели солнечного коллектора и способа ее изготовления является то, что не обеспечивается достаточно надежный тепловой контакт между медной трубкой и алюминиевой трубой при длительной эксплуатации панели с термоциклическим ее нагружением при смене дня и ночи. Другим недостатком известной поглощающей панели солнечного коллектора является плоская, невогнутая форма ее поверхности, обращенная к Солнцу, что может привести при сборке к повреждению оптических свойств поглощающего покрытия на поверхности и тем самым снизить оптический кпд и эффективность коллектора.

Целью настоящего изобретения является создание листотрубной конструкции поглощающей панели солнечного коллектора и разработка способа ее изготовления, который обеспечивает надежный тепловой контакт между трубой листотрубного профиля и установленной внутри трубы изолирующей трубки из материала, не взаимодействующего с нагреваемой водой средней и высокой жесткости, а также обеспечивающих улучшение условий сохранности поглощающего покрытия при сборке солнечного коллектора.

Указанная цель достигается тем, что внутренняя поверхность трубы листотрубного профиля имеет на всей длине образующей выступающие продольные линейные параллельные гребни, нормальное сечение которых имеет форму правильных треугольников с высотой 0.05-1.0 мм, вершины которых расположены на диаметре, обеспечивающем скользящую посадку на них своим внешнем диаметром изолирующей трубки. Для обеспечения центровки изолирующей трубки относительно трубы профиля число n гребней не должно быть менее 3, при этом число n гребней не может быть более πD₂/a,
где а - размер основания треугольного сечения гребня, м;
D₂- внутренний диаметр трубы профиля, на котором своими основаниями установлены гребни, м.

Для обеспечения надежного теплового контакта промежутки между гребнями и цилиндрическими поверхностями трубы и изолирующей трубки заполняются текучим самоотверждающимся веществом, имеющим время Т. Защита от повреждений покрытия на поглощающей панели при ее сборке осуществляется путем обеспечения гарантированного зазора между поверхностью покрытия и плоскостью в сборочном приспособлении, на которую своими ребрами устанавливается поглощающая панель при сборке.

Это достигается тем, что тепловоспринимающая поверхность полки листотрубного профиля выполнена в виде части прямого цилиндра с образующей неотрицательной кривизны, причем максимальная величина стрелы прогиба образующей относительно ее максимальной хорды составляет не менее 0.005Р и не более 0.02Р, а кривизна участка образующей в области, примыкающей к одному или обоим продольным ребрам полки, составляет не менее 0.05Р, где Р - ширина полки листотрубного профиля. При этих условиях обеспечивается зазор между поверхностью цилиндра и установочной плоскостью в сборочном приспособлении, превышающий высоту возможных неоднородностей и загрязнений, находящихся на пределе визуальной регистрации. Если принять высоту неоднородностей и загрязнений на установочной плоскости порядка 0.1-0.2 мм (порог визуального контроля), максимальная стрела прогиба образующей цилиндрической поверхности в пределах S=(0.005 -0.02)Р обеспечит отсутствие контакта между поглощающим покрытием и сборочным приспособлением, обеспечивая сохранность покрытия при сборке солнечного коллектора, где Р - ширина полки профиля, которая обычно находится в пределах 0.1 - 0.2 м. При этом для обеспечения контакта со всеми участками поверхности цилиндра при ее ручной очистке под окраску или напыление поглощающего покрытия радиус кривизны - R участков образующей цилиндрической поверхности, примыкающих к продольным ребрам полки профиля, должен быть не менее 0,05Р.

Изготовление поглощающей панели солнечного коллектора при установке изолирующей трубки осуществляется путем совместного перемещения в канале трубы профиля изолирующей трубки и самоотверждающегося вещества при скорости перемещения
V ≥ L/T,
где V - скорость перемещения, м/с;
L - длина листотрубного профиля, м;
Т - время жизни самоотверждающегося вещества после активации, с,
после чего в течение времени не большего, чем время сохранения пластичности самоотверждающегося вещества, производится необратимая пластическая деформация трубы профиля в радиальном направлении на величину деформации в пределах (0.05-0.3)D₁, где D₁ - размер внешнего диаметра трубы профиля, при этом деформация более 0.3 D₁, может привести к разрушению листотрубного профиля, а деформация менее 0.05 D₁, не обеспечивает надежного механического контакта между трубой и изолирующей трубой. В результате деформации и после отверждения вещества в зазорах между трубой и изолирующей трубкой образуется жесткая монолитная конструкция, обеспечивающая надежный тепловой контакт между ними и не разрушающаяся при термоциклических нагружениях в процессе длительной работы в течение 10-15 лет.

На чертеже приведено схематическое изображение конструкции предлагаемой поглощающей панели солнечного коллектора.

Поглощающая панель выполнена в виде листотрубного прессованного профиля из алюминиевого сплава 1 и состоит из полки панели 2 шириной Р = 150 мм, трубы 3, составляющей единую деталь с полкой 2. На наружной поверхности полки 2 нанесено покрытие, поглощающее солнечное излучение. Форма наружной поверхности полки 2 выполнена в виде части прямого цилиндра неотрицательной кривизны, образующая которого имеет прямолинейный участок 5 и выступающее ребро 6, сопряженное с прямолинейным участком частью окружности радиусом R = 0.1 P = 15 мм, при этом максимальная величина стрелы прогиба образующей наружной поверхности профиля относительно ее максимальной хорды S = 2.0 мм, что обеспечивает, с одной стороны, отсутствие контакта внешней поверхности с плоскостью сборочного приспособления, а с другой стороны, обеспечивает минимальное затенение поверхности тенью ребра 6 для утренних и вечерних солнечных лучей.

Внутренняя поверхность трубы 3 имеет по всей длине образующей 12 линейных продольных параллельных гребней в форме правильных треугольников 8 в сечении. Внутрь трубы 3 установлена медная изолирующая трубка 7 с внешнем диаметром 12.0 мм, при этом диаметр окружности, на которой расположены вершины гребней трубы 3 равен 12.2 мм, что обеспечивает скользящую посадку медной трубки при ее установке внутрь трубы 3 при длине трубы до 2.0 м.

Зазор между трубой 3 и трубкой 7 заполнен самоотверждающимся веществом 9, например эпоксидным клеем, обеспечивающим после отверждения надежный механический и тепловой контакт между ними. При этом радиальный размер зазора между внешней поверхностью трубки 7 и внутренней цилиндрической поверхностью трубы 3 выбран равным 0.3 мм из условия обеспечения механической прочности при склеивании деталей эпоксидным клеем, при меньших размерах зазора затруднена подача эпоксидного клея в зазор, а при больших размерах зазора увеличивается тепловое сопротивление зоны контакта и уменьшается прочность и надежность клеевого соединения при длительном термоциклическом нагружении.

Способ изготовления теплоприемной панели заключается в том, что сборку листотрубного профиля 1 с медной трубкой 7 осуществляют путем одновременной подачи и перемещения внутри трубы 3 медной трубки 7 и эпоксидной смолы 8 со скоростью
V ≥ L/T,
где L - длина листотрубного профиля, м;
L = 2.0 м;
Т - время жизни эпоксидного клея после смешивания, с;
Т = 1200 с;
откуда V= 1.67•10^-4м/с.

После установки трубки 7 в трубу 3 и заполнения промежутка между ними эпоксидным клеем в течение времени не большего, чем время сохранения пластичности эпоксидным клеем после его приготовления, производится пластическая деформация в радиальном направлении трубы 3 с установленной в ней медной трубкой 7 на величину деформации с = (0.05-0.3)D₁, где D₁, - размер внешнего диаметра трубы 3. Деформация более 0.3 D₁, может привести к разрушению профиля 1, а деформация менее 0.05 D₁, не обеспечивает надежного механического контакта между трубкой 7 и трубкой 3.

Применение поглощающей панели предлагаемой конструкции и способа ее изготовления для солнечного коллектора позволяет повысить эффективность и надежность работы солнечного коллектора.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в солнечных коллекторах, предназначенных для нагрева воды. Внутренняя поверхность трубы 3 листотрубного профиля имеет на всей длине образующей выступающие продольные линейные параллельные гребни, нормальное сечение которых имеет форму правильных треугольников 8 высотой 0,05-1,0 мм, вершины которых расположены на диаметре, обеспечивающем скользящую посадку на них своим внешним диаметром изолирующей трубки 7. Для обеспечения центровки изолирующей трубки 7 относительно трубы профиля число n гребней должно быть не менее 3, при этом число n гребней не может быть более πD₂/а, где а - размер основания треугольного сечения гребня, м; D₂ - внутренний диаметр трубы профиля, на котором своими основаниями установлены гребни, м. Для обеспечения надежного теплового контакта промежутки между гребнями и цилиндрическими поверхностями трубы 3 и изолирующей трубки 7 заполняются текучим самоотверждающимся веществом, имеющим время жизни Т. Изготовление поглощающей панели солнечного коллектора при установке изолирующей трубки 7 осуществляется путем совместного перемещения в канале трубы 3 профиля изолирующей трубки 7 совместно с самоотверждающимся веществом при скорости перемещения V ≥ L/Т. Применение поглощающей панели предлагаемой конструкции и способа ее изготовления для солнечного коллектора позволяет повысить эффективность и надежность работы солнечного коллектора. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Поглощающая панель солнечного коллектора для нагрева воды, содержащая листотрубный профиль из алюминиевого сплава, имеющий полку с плоской тепловоспринимающей поверхностью и жестко соединенную с ней трубу, внутри которой установлена изолирующая трубка, отличающаяся тем, что на внутренней поверхности трубы профиля по всей ее длине вдоль образующей имеются параллельные гребни, выполненные в сечении в форме правильного треугольника с числом n гребней, причем πD₂/а≥n≥3, где а - размер стороны треугольника нормального сечения гребня, D₂ - диаметр внутренней цилиндрической поверхности трубы, а вершины треугольников нормального сечения гребней находятся на окружности, диаметр которой выбирается из условия обеспечения скользящей посадки на них изолирующей трубки своим внешним диаметром, причем высота гребней составляет 0,05-1,0 мм, а зазор между трубой профиля и изолирующей трубкой заполнен самоотверждающимся веществом. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тепловоспринимающая поверхность полки листотрубного профиля выполнена в виде части прямого цилиндра с образующей неотрицательной кривизны, причем максимальная величина стрелы прогиба образующей относительно ее максимальной хорды составляет не менее 0,005Р и не более 0,02Р, а кривизна участка образующей в области, примыкающей к одному или обоим продольным ребрам полки, составляет не менее 0,05Р, где Р - ширина полки листотрубного профиля. 3. Способ изготовления поглощающей панели солнечного коллектора, включающий установку и фиксацию изолирующей трубки внутри трубы алюминиевого листотрубного профиля, отличающийся тем, что установку изолирующей трубки внутри трубы профиля осуществляют путем одновременного перемещения в канале трубы профиля изолирующей трубки и самоотверждающегося вещества при скорости перемещения не менее V=L/Т, где V - скорость перемещения изолирующей трубки в трубе, м/с; L - длина листотрубного профиля, м; Т - время жизни самоотверждающегося вещества после его активации, с, после чего в течение времени, не большего времени сохранения пластичного состояния самоотверждающегося вещества, производят пластическую деформацию трубы профиля в радиальном направлении на величину деформации с=(0,05-0,3)D₁, где D₁ - размер внешнего диаметра трубы листотрубного профиля.