СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 2008 года по МПК F24J2/06 F24J3/08 F24J2/24 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений.

Известен солнечный тепловой коллектор [1], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, светопрозрачное покрытие, расположенные параллельно в одной плоскости поглощающие трубы и оптически связанные с ними отражатели одинакового цилиндрического профиля, размещенные под трубами и образующие непрерывную гофрированную поверхность. Поглощающие трубы контактируют с центральной плоской поверхностью цилиндрических отражателей.

Нагревание теплоносителя в поглощающих трубах этого коллектора будет неравномерно и неэффективно, так как прямая солнечная радиация, поступающая в течение дня под разным углом сквозь светопрозрачное покрытие на отражатели из-за стационарного положения устройства, меняет направление не только к трубам, но и к покрытию, что значительно увеличивает потери теплоты в окружающую среду. Размещение поглощающих труб с контактированием в центральной плоской поверхности цилиндрических отражателей создает затененные зоны, ухудшающие процесс улавливания излучения. Солнечная радиация, попадающая на боковые стенки коллектора, частично отражается в окружающую среду и частично поглощается их поверхностью, что также приводит к потерям теплоты вследствие конвективного теплообмена корпуса с воздушными потоками.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор [2], содержащий корпус с входным и выходным патрубками, имеющий светопрозрачное покрытие, теплопроводные поглощающие пластины, соединенные с поглощающими трубами, оптически связанными с гофрированной панелью, состоящей из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, выполненными в их нижней части соосно поглощающим трубам, и с дополнительно установленными в полостях, образованных выпуклостями гофр, жидкостными призматическими отражателями, сообщенными своими входными торцами с распределительной трубой, а выходными с промежуточной трубой, соединенной с входными торцами жидкостных линз, сообщенных противоположными концами посредством перепускных патрубков с поглощающими трубами, связанными через сборную трубу с выходным патрубком.

Призматические отражатели, расположенные вдоль боковых стенок коллектора, полностью не изменяют направление излучения к поглощающим трубам из-за их светопрозрачного исполнения и ограниченного размещения по площади стенок. Вследствие этого будет происходить нагревание в коллекторе поверхности боковых стенок, сопровождающееся теплопотерями в окружающую среду, что снижает эффективность использования солнечной энергии.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы коллектора за счет использования для подогрева теплоносителя солнечного излучения, попадающего на боковые стенки устройства, а также снижения теплопотерь через последние.

Эта задача решается тем, что в солнечном тепловом коллекторе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, имеющем светопрозрачное покрытие, теплопроводные поглощающие пластины, соединенные с поглощающими трубами, оптически связанными с гофрированной панелью, состоящей из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, выполненными в их нижней части соосно поглощающим трубам, и с дополнительно установленными в полостях, образованных выпуклостями гофр, жидкостными призматическими отражателями, сообщенными своими входными торцами с распределительной трубой, а выходными с промежуточной трубой, соединенной с входными торцами жидкостных линз, сообщенные противоположными концами посредством перепускных патрубков с поглощающими трубами, связанными через сборную трубу с выходным патрубком, отличительными от прототипа признаками являются его снабжение пластинчатыми отражателями, шарнирно закрепленными на боковых стенках корпуса и соединенными между собой полимерной пленкой с металлизированным покрытием.

Предлагаемая конструкция солнечного теплового коллектора позволяет достичь более высокой степени улавливания солнечной энергии за счет размещения на боковых стенках корпуса пластинчатых отражателей, имеющих шарнирное закрепление, позволяющее настроить их положение на оптимальное для конкретной широты. Соединение пластинчатых отражателей между собой полимерной пленкой с металлизированным покрытием обеспечивает снижение теплопотерь в окружающую среду через стенки корпуса.

На фиг.1 показан разрез 1-1.

На фиг.2 изображен вид сверху солнечного теплового коллектора.

На фиг.3 показан разрез 2-2.

На фиг.4 - фрагмент аксонометрии рабочего сечения коллектора.

Солнечный тепловой коллектор состоит из корпуса 1 со светопрозрачным покрытием 2 и тепловой изоляцией 3. Корпус снабжен входным 4 и выходным 5 патрубками для подачи и отвода теплоносителя. На боковых стенках корпуса шарнирно закреплены пластинчатые отражатели 24, отдельные пластины которых соединены между собой полимерной пленкой 22 с металлизированным покрытием. На тепловой изоляции 3 размещены поглощающие трубы 6, к наружной поверхности которых прикреплены поглощающие пластины 7. В корпусе 1 над трубами 6 установлены параболические отражатели 8, образующие непрерывную гофрированную панель 9. В своей нижней вогнутой части 10 они снабжены жидкостными линзами 11, расположенными над трубами 6 и соосно с ними. Под выпуклостями гофр 12 панели 9 размещены жидкостные призматические отражатели 13. Входные торцы 14 жидкостных призматических отражателей 13 сообщены с распределительной трубой 15, а выходные 16 - с промежуточной трубой 17, расположенными на противоположных стенках корпуса 1 и примыкающими к непрерывной гофрированной панели 9. К промежуточной трубе 17 также подсоединены входные торцы 18 жидкостных линз 11. Противоположные входным торцам 18 концы 19 жидкостных линз 11 снабжены перепускными патрубками 20 для сообщения с поглощающими трубами 6. Под промежуточной трубой 17 в корпусе 1 расположена сборная труба 21, к которой подведены поглощающие трубы 6. Распределительная труба 15 соединена с входным патрубком 4 для подачи теплоносителя, а сборная труба 21 - с выходным патрубком 5 для его отвода. Жидкостные линзы 11, а также параболические отражатели 8 и жидкостные призматические отражатели 13 оптически связаны с поглощающими трубами 6 коллектора.

Солнечный тепловой коллектор работает следующим образом.

По входному патрубку 4 прозрачный теплоноситель поступает в распределительную трубу 15, а затем по входным торцам 14 в жидкостные призматические отражатели 13. Солнечное излучение проникает через светопрозрачное покрытие 2 и падает на гофрированную панель 9, где частично проходит сквозь нее, и частично отражается в параболических отражателях 8. Преодолевшие гофрированную панель 9 лучи попадают на жидкостные призматические отражатели 13 и на пластинчатые отражатели 24 боковых стенок корпуса 1, соединенных между собой полимерной пленкой 22 с металлизированным покрытием. В жидкостных призматических отражателях 13 незначительный поток солнечной радиации поглощается теплоносителем, нагревая его, а основной поток отражается на поглощающие трубы 6 и на расположенную в близи этих труб область теплопроводных поглощающих пластин 7. Пластинчатые отражатели 24 изменяют направление попадающих на них лучей к расположенным возле боковых стенок коллектора поглощающим трубам 6. Шарнирное закрепление 23 на корпусе противоположных концов пластинчатых отражателей 24 позволяет настроить их угол наклона на оптимальное положение для конкретного климатического района. Соединение отдельных пластин полимерной пленкой 22 с металлизированным покрытием полностью предотвращает попадание солнечных лучей на боковые стенки корпуса 1, что значительно снижает теплопотери через последние.

Незначительно подогреваясь в жидкостных призматических отражателях 13, теплоноситель перемещается к выходным торцам 16 и поступает в промежуточную трубу 17, из которой затем перетекает по входным торцам 18 в жидкостные линзы 11 параболических отражателей 8. Световые лучи, попавшие на гофрированную панель 9 и отразившиеся от нее, направляются на противоположную поверхность параболических отражателей 8, где в основном отражаются, а также частично проходят сквозь них, попадая на призматические отражатели 13. Параболическая форма отражателей 8 способствует многократному отражению лучей, приводящему к их концентрации вблизи жидкостных линз 11. Так как линзы собирающие, то основная доля излучения, которая проникнет сквозь них и не поглотится теплоносителем, заполняющим их полость, сосредоточится на трубах 6. Это вызовет значительное нагревание поверхности поглощающих труб 6. После дополнительного прогрева в жидкостных линзах 11 теплоноситель по перепускным патрубкам 20 поступает в поглощающие трубы 6, где за счет полученной от излучения теплоты значительно повышает свою температуру. Горячий теплоноситель из поглощающих труб 6 попадает в сборную трубу 21, а затем по выходному патрубку 5 направляется к потребителю.

Таким образом, конструкция солнечного теплового коллектора позволяет более эффективно использовать солнечную энергию за счет снижения потерь в окружающую среду через боковые стенки корпуса, а также за счет отражения от последних и концентрирования излучения на поглощающие трубы, расположенные на периферии.

Источники информации

1. А.с. 1474392, МКИ F24J 2/18, 1989.

2. Патент 2212595, МКИ F24J 2/06, 2/24, 2003.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, и может быть использовано в теплоснабжении зданий и сооружений. В коллекторе под светопрозрачным покрытием и над поглощающими трубами установлены параболические отражатели, образующие непрерывную гофрированную панель и снабженные в своей нижней части жидкостными линзами. Жидкостные линзы размещены над поглощающими трубами и соосно с ними. Под выпуклостями гофр панели установлены жидкостные призматические отражатели, а на боковых стенках корпуса шарнирно закреплены пластинчатые отражатели, соединенные между собой полимерной пленкой с металлизированным покрытием. Шарнирное закрепление пластинчатых отражателей позволяет настроить их угол наклона на оптимальное положение для конкретного климатического района и сконцентрировать излучение на поглощающие трубы, расположенные на периферийной зоне. Соединение отдельных пластин полимерной пленкой с металлизированным покрытием полностью предотвращает попадание солнечных лучей на боковые стенки корпуса, что значительно снижает теплопотери через последние. 4 ил.

Солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, имеющий светопрозрачное покрытие, теплопроводные поглощающие пластины, соединенные с поглощающими трубами, оптически связанными с гофрированной панелью, состоящей из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, выполненными в их нижней части соосно поглощающим трубам, и с дополнительно установленными в полостях, образованных выпуклостями гофр, жидкостными призматическими отражателями, сообщенными своими входными торцами с распределительной трубой, а выходными с промежуточной трубой, соединенной с входными торцами жидкостных линз, которые сообщены противоположными концами посредством перепускных патрубков с поглощающими трубами, связанными через сборную трубу с выходным патрубком, отличающийся тем, что на боковых стенках корпуса шарнирно закреплены пластинчатые отражатели, соединенные между собой полимерной пленкой с металлизированным покрытием.