СОЛНЕЧНЫЙ АБСОРБЕР Российский патент 2003 года по МПК F24J2/24 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих солнечные коллекторы.

Солнечный абсорбер является главной составной частью солнечного коллектора, назначение которого преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию теплоносителя, протекающего через солнечный коллектор.

Солнечный абсорбер располагается в корпусе солнечного коллектора. Со стороны, обращенной к солнцу, поверхность солнечного абсорбера покрывается теплопоглощающим покрытием, например черной краской или селективным покрытием, и закрывается прозрачной изоляцией, закрепленной на корпусе. С противоположной стороны солнечного абсорбера и по его периметру между солнечным абсорбером и корпусом устанавливается теплоизоляция.

Известны и широко используются в конструкции таких солнечных коллекторов солнечные абсорберы, состоящие из одной или нескольких плоских теплоприемных металлических панелей. Со стороны, не обращенной к солнцу, к теплоприемным панелям прикрепляются металлические жидкостные трубы, внутри которых циркулирует жидкий теплоноситель, например вода. Для соединения жидкостных труб с теплоприемными панелями используются механические соединения, сварка, пайка (Р. Б. Байрамов, А.Д. Ушакова "Солнечные водонагревательные установки", - АН Туркменской ССР, НПО "Солнце", Ашхабад: ЫЛЫМ, 1987; Р.Р. Авезов, М.А. Барский-Зорин, И.М. Васильева и др. "Системы солнечного тепло- и хладоснабжения" под ред. Э. В. Сарнацкого и С.А. Чистовича - М.: Стройиздат, 1990; Н.В. Харченко "Индивидуальные солнечные установки" - М.: Энергоатомиздат, 1991; Патент США, МКИ: F 24 J 2/24, N 5431149 А от 14.09.93).

Параллельно расположенные трубы объединяются с обоих концов с помощью коллекторных труб. Для соединения с коллекторными трубами обычно используется сварка или пайка. Через одну из коллекторных труб (нижнюю) жидкий теплоноситель подводится к солнечному абсорберу, через другую (верхнюю) отводится от него.

Эффективность солнечного коллектора тем выше, чем выше теплопроводность соединения жидкостных труб с теплоприемными панелями, больше площадь теплоприемной панели, меньше тепловые потери.

Описанные конструкции солнечных абсорберов обладают рядом недостатков. Одним из них является низкая теплопроводность механических соединений жидкостных труб с теплоприемными панелями или используемой для этого точечной сварки или пайки. В случае использования сварки или пайки по всей длине жидкостных труб резко увеличивается трудоемкость процесса сборки солнечного абсорбера.

Другим недостатком этих конструкций является то, что для осуществления сварки и пайки к коллекторным трубам между торцами теплоприемной панели и коллекторной трубой оставляют зазор. Это уменьшает площадь теплоприемной панели и увеличивает тепловые потери за счет того, что через открытый зазор теплый воздух поднимается от жидкостных труб с теплоносителем в верхнюю нетеплоизолированную часть солнечного коллектора и охлаждается на прозрачной изоляции.

Наиболее близким заявляемому устройству по совокупности признаков является солнечный абсорбер (DЕ 4400546 А1, МКИ: F 24 J 2/16 от 11.01.94), который содержит по меньшей мере одну жидкостную трубу, которая на обоих концах соединена с коллекторными трубами и находится в теплопроводящем соединении по меньшей мере с одной теплоприемной панелью солнечного абсорбера. Длина теплоприемной панели меньше расстояния между коллекторными трубами. По меньшей мере одна из коллекторных труб по всей длине находится в теплопроводящем соединении с другой дополнительной панелью солнечного абсорбера, боковая кромка которой доходит до торца теплоприемной панели. Таким образом уменьшаются тепловые потери за счет уменьшения перетока подогретого воздуха от нагретых жидкостных труб в нетеплоизолированную часть солнечного коллектора и увеличивается площадь теплоприемных панелей солнечного абсорбера.

Все это приводит к увеличению эффективности солнечного абсорбера.

Для осуществления соединения дополнительных панелей с коллекторными трубами используются охватывающие зажимы типа хомутов.

Такая конструкция соединений имеет низкую теплопроводность за счет малой площади контакта зажимов с коллекторной трубой.

При радиальном соединении жидкостных труб с коллекторными в верхней части нижней коллекторной трубы при заполнении солнечного абсорбера остаются воздушные полости, снижающие эффективность солнечного абсорбера.

В нижней части верхней коллекторной трубы при использовании в качестве теплоносителя воды и периодическом ее сливе из системы, в составе которой используется солнечный коллектор, образуются несливаемые остатки, которые являются источниками ускоренной коррозии. Следствием этого может стать утечка теплоносителя и снижение эффективности солнечного абсорбера и сроков его эксплуатации.

Целью предлагаемого технического решения является увеличение эффективности солнечного абсорбера и сроков его эксплуатации.

Для достижения указанной цели каждая жидкостная труба выполняется зацело с теплоприемной панелью. Каждая коллекторная труба снабжена наклонной плоской площадкой по всей ее длине для крепления дополнительной панели, выполненной зацело с коллекторными трубами. Угол наклона площадки обеспечивает перекрытие дополнительной панелью зазора между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели.

Жидкостные трубы соединены с коллекторными трубами так, что нижняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала верхней коллекторной трубы, а верхняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала нижней коллекторной трубы.

Сущность изобретения поясняется следующими иллюстрациями.

На фиг. 1 показан общий вид солнечного абсорбера.

На фиг. 2 показан способ соединения жидкостной трубы с коллекторными трубами.

На фиг. 3 показан профиль жидкостной трубы, выполненной зацело с теплоприемной панелью.

На фиг. 4 показан профиль коллекторной трубы, выполненной зацело с наклонной площадкой для крепления дополнительной панели.

Солнечный абсорбер (фиг.1) содержит по крайней мере одну жидкостную трубу 1, оба конца которой соединены с коллекторными трубами 3, 4. Жидкостная труба 1 выполнена из материала с высокой теплопроводностью зацело с теплоприемной панелью 2. Коллекторные трубы 3, 4 выполнены из того же материала, что и жидкостная труба, зацело с плоскими наклонными площадками 5.

Для выполнения соединения (сварки, пайки) жидкостных труб 1 с коллекторными трубами 3, 4 концы жидкостных труб 1 освобождаются от теплоприемных панелей 2 так, что между коллекторными трубами 3, 4 и торцами теплоприемной панели 2 образуются зазоры А. На наклонных площадках 5 закреплена по крайней мере одна дополнительная панель 6, перекрывающая зазор А между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели. Дополнительная панель выполнена из материала с высокой теплопроводностью.

Поверхности теплоприемных панелей 2 и дополнительных панелей 6, обращенные к солнцу, покрыты поглощающим покрытием, например селективным.

Жидкостные трубы 1 соединены с коллекторными трубами 3, 4, как показано на фиг.2. Нижняя образующая канала каждой жидкостной трубы Б является касательной к окружности внутреннего канала верхней коллекторной трубы В. Верхняя образующая канала каждой жидкостной трубы Г является касательной к окружности внутреннего канала нижней коллекторной трубы Д.

На фиг.3 и 4 показаны примеры профилей жидкостной трубы с теплоприемной панелью и коллекторной трубы с наклонной площадкой, выполненных методом горячего прессования из алюминиевого сплава.

В процессе эксплуатации солнечный абсорбер работает следующим образом.

Заполнение солнечного абсорбера в составе солнечного коллектора проводится через нижнюю коллекторную трубу (фиг.2). Воздух через наклонные каналы жидкостных труб 1 вытесняется в верхнюю трубу 3, не образуя воздушных полостей, и выходит через ее открытые концы.

В процессе работы жидкий теплоноситель движется от нижней коллекторной 4 к верхней 3 вследствие естественной либо принудительной циркуляции в системе. Солнечная энергия поглощается теплоприемными панелями 2 (фиг.1) и дополнительными панелями 6 и передается теплопроводностью жидкому теплоносителю, повышая его температуру. При выполнении жидкостных труб 1 зацело с теплоприемными панелями 2 и наклонных площадок 5 зацело с коллекторными трубами 3 и 4 тепловое сопротивление между теплоприемными поверхностями и жидким теплоносителем уменьшается по сравнению с любым другим способом их соединения. Выполнение наклонных площадок 5 плоскими также уменьшает тепловое сопротивление между дополнительными панелями 6 и жидким теплоносителем за счет увеличенной площади контакта между дополнительными панелями 6 и коллекторными трубами 3 и 4. Следовательно, жидкий теплоноситель получает большее количество тепловой энергии.

При использовании в качестве жидкого теплоносителя воды и периодическом сливе ее из системы слив производится через нижнюю коллекторную трубу 4. Соединение труб, как показано на фиг.2, обеспечивает полный слив жидкого теплоносителя без остатков. Это исключает возможность коррозии солнечного абсорбера из-за контакта материала, из которого изготовлены коллекторные трубы и жидкостные трубы, с остатками воды. Таким образом, увеличивается эффективность и увеличивается срок эксплуатации солнечного абсорбера.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих солнечные коллекторы. Солнечный абсорбер содержит не менее одной жидкостной трубы, оба конца которой соединены с коллекторными трубами, по крайней мере одну теплоприемную панель и одну дополнительную панель, перекрывающую зазор между коллекторной трубой и торцем панели, причем каждая жидкостная труба выполнена из теплопроводящего материала зацело с теплоприемной панелью; каждая коллекторная труба снабжена плоской наклонной площадкой, выполненной зацело с коллекторной трубой из теплопроводящего материала по всей длине коллекторной трубы и служащей для крепления дополнительной панели, при этом угол наклона площадки обеспечивает перекрытие дополнительной панелью зазора между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели. Жидкостные трубы соединены с коллекторными так, что нижняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала верхней коллекторной трубы, а верхняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала нижней коллекторной трубы. Солнечный абсорбер предлагаемой конструкции позволяет увеличить сроки эксплуатации солнечного абсорбера в системах, использующих воду в качестве теплоносителя, а также простыми техническими действиями увеличить эффективность работы солнечного абсорбера. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Солнечный абсорбер, содержащий по меньшей мере одну жидкостную трубу, оба конца которой соединены с коллекторными трубами, по крайней мере одну теплоприемную панель и одну дополнительную панель, перекрывающую зазор между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели, отличающийся тем, что каждая жидкостная труба выполнена из теплопроводящего материала зацело с теплоприемной панелью, а каждая коллекторная труба снабжена плоской наклонной площадкой, выполненной зацело с коллекторной трубой из теплопроводящего материала по всей длине коллекторной трубы для крепления дополнительной панели. 2. Солнечный абсорбер по п. 1, отличающийся тем, что нижняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала верхней коллекторной трубы, а верхняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала нижней коллекторной трубы.