СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 2005 года по МПК F24J2/24 F24J2/34 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к коллекторам солнечной энергии, и может быть использовано в системах горячего водоснабжения и обогрева бытовых и промышленных сооружений.

Известны солнечные коллекторы с поглощающей панелью листотрубной конструкции, которые серийно выпускаются во многих странах мира [см. Сборник Европейского гелиотехнического общества «Solar Collectors», Dortrecht, 1985; ГОСТ 28310-89; Солнечный коллектор фирмы «АФРОС-АГРО», http://www.afros-agro.crimea.ua/products.html]. Общим для них является использование трубных металлических систем, плоские поглощающие поверхности с черным или селективным покрытием. По трубам, которые получают тепло от теплопоглощающей панели, циркулирует теплоноситель и отбирает тепло.

Основным недостатком этих коллекторов является высокая трудоемкость изготовления, обусловленная наличием большого количества сварных или паяных соединений вдоль всего контакта труб с пластиной, а также недостаточная эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую вследствие потерь тепла.

Кроме того, плоская поверхность прямоугольной формы большого размера приводит к трудности архитектурной и технологической привязки необходимого количества солнечных коллекторов на сооружениях. А также они создают дополнительную массовую нагрузку на конструкции сооружений, на которых размещен солнечный коллектор.

Еще одним недостатком является при больших размерах коллекторов необходимость в теплоаккумулирующих емкостях большого размера. А в случае использования тепловых аккумуляторов с фазовым переходом (плавление-затвердение) такой аккумулятор - сложное и дорогое устройство.

Наиболее близким по технической сущности является солнечный коллектор, который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента [см. патент Украины №20662 А, МПК⁶ F 24 J 2/24, on. 27.02.1998, Бюл. №1 - прототип]. Отдельные параллельные элементы теплопоглощающей панели выполнены с цилиндрической поверхностью в виде сегмента, к нижней внутренней поверхности которого механически (сваривание, паяние) закреплена труба с теплоносителем. Указанная конструкция солнечного коллектора за счет использования профилированных сегментных элементов поглощающей панели снижает тепловые потери и повышает его эффективность.

К недостаткам известного солнечного коллектора относятся:

- наличие большого количества сварных или паяных соединений вдоль всего контакта труб с сегментным элементом панели, что обуславливает высокую трудоемкость его изготовления;

- отдельные элементы поглощающей панели формируют плоскую поверхность большого размера, которая не позволяет обеспечить разнообразие архитектурной формы сооружений;

- необходимость установления больших теплоаккумулирующих емкостей;

- размещение солнечного коллектора на конструкции сооружений создает на них дополнительную массовую нагрузку.

Задачей предложенного изобретения является усовершенствование солнечного коллектора путем изменения конструкции отдельных элементов для снижения трудоемкости их изготовления, обеспечения возможности создания разнообразных архитектурных форм сооружений, уменьшения объема теплоаккумулирующих емкостей и снижения массовой нагрузки на конструкции сооружений.

Поставленная задача решается тем, что в солнечном коллекторе, который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, согласно изобретению отдельный параллельный элемент теплопоглощающей панели выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, образующего трубу для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом, при этом его внешняя поверхность, на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью, и на ней с двух продольных сторон выполнены внешние продольные ребра, плоскости которых параллельны плоскости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами. В преобладающем варианте теплопоглощающая поверхность отдельного параллельного элемента плоская и одно из внешних продольных ребер находится с ней в одной плоскости.

Отдельный параллельный элемент поглощающей панели предложенного солнечного коллектора изготовляется методом экструзии из алюминиевого сплава, по которому сразу формуется цельный необходимый профиль. Это позволяет упростить и выполнить основные конструктивные элементы коллектора из одного материала, используя современные технологические приемы, что приводит к снижению трудоемкости их изготовления.

Монтаж солнечного коллектора ведут непосредственно на каркасе сооружения. Если каркас сооружения имеет криволинейные или (и) наклоненные верхний или (и) нижний элементы, а вертикальные элементы имеют или не имеют наклон, то отдельные элементы теплопоглощающей панели монтируют параллельно вертикальным элементам каркаса. При этом длину этих элементов выбирают таким образом, чтобы они монтировались на верхнем и нижнем элементах каркаса. А крепление на промежуточных элементах каркаса осуществляется через ребра отдельных элементов поглощающей панели так, чтобы ребра соседних элементов были в разных плоскостях. Если каркас сооружения предусматривает цилиндрическую поверхность, то, учитывая маленький поперечный размер элемента теплопоглощающей панели, монтаж солнечного коллектора ведется аналогично.

Таким образом обеспечивается возможность создания разнообразных архитектурных вариантов привязки солнечного коллектора к существующим сооружениям, а также широкие архитектурные возможности при проектировании новых сооружений. Кроме того, если солнечный коллектор монтируется непосредственно на каркасе сооружения, то он выполняет роль стены или крыши сооружения и не дает дополнительной нагрузки на каркас.

Благодаря образованию в отдельном элементе теплопоглощающей панели полости, которую заполняют теплоаккумулирующим веществом, уменьшается объем теплоаккумулирующих емкостей.

В общем случае заявляемый солнечный коллектор может иметь корпус, теплоизоляцию (верхнюю - прозрачную, нижнюю и боковую) или, по меньшей мере, только теплопоглощающую панель, собранную из отдельных параллельных элементов, которые крепят к внешнему каркасу. Коллектор в целом имеет патрубки для соединения с другими коллекторами и трубопроводами горячего водоснабжения.

В поперечном разрезе отдельный элемент теплопоглощающей панели может иметь прямоугольную, квадратную, овальную или другие формы.

Суть изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 показан поперечный разрез отдельного элемента теплопоглощающей панели прямоугольной формы; на фиг.2 - пример монтажа солнечного коллектора на сооружении; на фиг.3 - поперечный разрез отдельного элемента теплопоглощающей панели овальной формы.

Поглощающая панель солнечного коллектора образована из отдельных элементов 1 (фиг.1, 3), выполненных в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, одна сторона которого является теплопоглощающей поверхностью 2. В отдельном элементе 1 образована труба 3 с теплоносителем и полость 4 для теплоаккумулирующего вещества. Снаружи на двух противоположных сторонах в плоскостях, параллельных теплопоглощающей панели, выполнены продольные ребра 5, смещенные друг от друга на расстояние, которое обеспечивает зазор 6 между ними.

Солнечный коллектор предложенной конструкции работает следующим образом.

Теплоноситель через входной патрубок (не показано) поступает в трубу 3 для теплоносителя отдельных элементов 1. Нагретый теплоноситель через исходный патрубок (не показано) подается в трубопроводы горячего водоснабжения. Нагрев теплоносителя осуществляется за счет тепла солнечного излучения, которое поглощается теплопоглощающей поверхностью 2 отдельного элемента 1, от которой передается через стенки теплоносителю в трубе 3 и теплоаккумулирующему веществу в его полости 4. При отсутствии солнечного излучения теплоноситель нагревается за счет тепла, накопленного в теплоаккумулирующем веществе.

Коллектор монтируют непосредственно на каркас 7 сооружения (фиг.2). Монтаж ведут резьбовым или винтовым соединением 8 через отдельный элемент 1 по его краям и через ребра 5 на промежуточных элементах 9 каркаса 7 сооружения. Отдельные элементы 1 изолируют от каркаса термоизолирующими прокладками (не показано). Отдельные элементы 1 соединяют гидравлически между собой с помощью переходных муфт (не показано). В качестве переходных муфт и для компенсации термодеформаций могут использоваться резиновые шланги в металлической оплетке. При недостаточной длине отдельного элемента 1 он может набираться с помощью переходных муфт из нескольких фрагментов.

Так как отдельный элемент 1 может быть изготовлен любой длины, то и габариты поглощающей панели могут быть такими, которые нужны. Благодаря тому что ребра 5 отдельных элементов 1 находятся в разной плоскости и они могут быть смонтированы на разном расстоянии относительно соседнего (на фиг.1 показаны соседние отдельные элементы на минимальном и максимальном расстоянии друг от друга) и под разными углами, дается возможность обеспечить теплопоглощающей панели солнечного коллектора разные размеры и формы.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к коллекторам солнечной энергии, и может быть использовано в системах горячего водоснабжения и обогрева бытовых и промышленных сооружений. Солнечный коллектор содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов. Отдельный элемент теплопоглощающей панели выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид цельного сформованного замкнутого контура, который образует трубу для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом. Внешняя поверхность, на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью, и на ней с двух продольных сторон выполнены внешние продольные ребра. Плоскости ребер параллельны плоскости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, образуя зазор. Изменение конструкции отдельных элементов солнечного коллектора при снижении трудоемкости их изготовления обеспечивает возможность создания разнообразных архитектурных форм сооружений, снижает массовую нагрузку на конструкции сооружений, уменьшает объем теплоаккумулирующих емкостей. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Солнечный коллектор, который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, отличающийся тем, что отдельный параллельный элемент теплопоглощающей панели выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, образующего трубу для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом, при этом его внешняя поверхность, на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью и на ней с двух продольных сторон выполнены внешние продольные ребра, плоскости которых параллельны плоскости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами.2. Солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что теплопоглощающая поверхность отдельного параллельного элемента плоская и одно из внешних продольных ребер находится с ней в одной плоскости.