МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 2010 года по МПК F24J2/24 F24J2/46 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а также в электрическую энергию.

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус из нескольких рам с четырьмя прямоугольными пластинами, обрамляющими коллектор, преимущественно прямоугольной формы, верхнее прозрачное ограждение и заднюю пластину, соединенные с рамами, абсорбер, расположенный в корпусе, выполненный с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению, и снабженный продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, первый слой теплоизоляционного материала, размещенный между частями рам и абсорбером, и второй слой теплоизоляционного материала, размещенный между абсорбером и задней пластиной, причем теплоизоляционный материал образован из пенополистирола, а внутренний объем корпуса заполнен газом с низкой теплопроводностью, что усиливает принимающую способность коллектора (см. DE 20320220 U1, МПК F24J 2/46, 2004).

Однако известный солнечный коллектор позволяет осуществлять нагрев только жидкостного теплоносителя. Кроме того, процесс его изготовления достаточно сложен и трудоемок.

Известен также солнечный коллектор, содержащий монолитный корпус из теплоизоляционного материала, например из вспененных полимеров типа полиуретан, полистирол, с дном, на котором выполнены углубления, прозрачное ограждение, размещенное между боковыми выступами корпуса, и абсорбер, расположенный в корпусе и прикрепленный к его дну с образованием каналов для протекания жидкого теплоносителя (см. RU 2134846, МПК F24J 2/04, 1999).

Однако указанный солнечный коллектор позволяет осуществлять нагрев только жидкостного теплоносителя. Кроме того, его конструкция недостаточно надежна.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности конструкции солнечного коллектора, а также его функциональности.

Поставленная задача решается тем, что в многофункциональном солнечном коллекторе, содержащем монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и абсорбер, расположенный в корпусе, согласно изобретению корпус выполнен П-образным, в корпусе с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили, прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях, корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями полости, заполненные тепловой изоляцией, а абсорбер снабжен продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, размещенными на его тыльной стороне.

Поставленная задача решается также тем, что коллектор может быть снабжен внутренними П-образными профилями, размещенными в корпусе, примыкающими к его боковым выступам и контактирующими верхними гранями с прозрачным ограждением.

Поставленная задача решается также тем, что абсорбер может быть выполнен с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению.

Поставленная задача решается также тем, что абсорбер дополнительно может быть снабжен фотоэлектрическими элементами, установленными на его передней стороне.

На фиг.1 представлен поперечный разрез предлагаемого солнечного коллектора.

На фиг.2 - продольный разрез А-А фиг.1.

На фиг.3 - поперечный разрез предлагаемого солнечного коллектора с внутренними П-образными профилями.

На фиг.4 - поперечный разрез предлагаемого солнечного коллектора с вариантом установки внутренних П-образных профилей.

На фиг.5 - поперечный разрез предлагаемого солнечного коллектора, абсорбер которого снабжен фотоэлектрическими элементами.

На фиг.6 - продольный разрез Б-Б фиг.5.

Предлагаемый многофункциональный солнечный коллектор (фиг.1, 2) содержит монолитный корпус 1 из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение 2 и абсорбер 3, расположенный в корпусе 1. Корпус 1 выполнен П-образным. В корпусе 1 с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили 4. Прозрачное ограждение 2 размещено на боковых выступах 5 корпуса 1 и торцевых П-образных профилях 4. Корпус 1 и прозрачное ограждение 2 с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями 6, выполненными из металла или стеклопластика, а с торцевых сторон - торцевыми крышками 7, образующими с торцевыми П-образными профилями 4 полости, заполненные тепловой изоляцией 8, а абсорбер 3 снабжен продольными трубками 9 для протекания жидкого теплоносителя, размещенными на его тыльной стороне. Корпус 1 может быть выполнен, в частности, из вспененного материала, например из пенополиуретана, который обладает достаточной механической прочностью и малым коэффициентом теплопроводности. Прозрачное ограждение 2 может выполняться из стекла или полимерного материала, например из однослойного или многослойного поликарбоната. Прозрачное ограждение 2 оказывается при этом зажатым между внешними П-образными профилями 6 и корпусом 1 и при наличии упругого герметика на соприкасающихся поверхностях, компенсирующего тепловые расширения этих поверхностей, такая конструкция надежно защищает внутренний объем от попадания в него влаги и пыли из окружающей среды. Торцевые П-образные профили 4 служат опорой для прозрачного ограждения 2 с торцевых сторон. Коллектор (фиг.3, 4) может быть снабжен внутренними П-образными профилями 10 из тонкого металла или стеклопластика, размещенными в корпусе 1, примыкающими к его боковым выступам 5, контактирующими верхними гранями с прозрачным ограждением 2 и воспринимающими механическую нагрузку со стороны прозрачного ограждения 2. Эта нагрузка может быть значительной в зимние периоды за счет накопившегося снега. Прозрачное ограждение 2 в этом случае оказывается зажатым между внешними 6 и внутренними 10 П-образными профилями. Во внутренних П-образных профилях 10 могут быть установлены теплоизолирующие вставки 11.

Абсорбер 3 может быть выполнен с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению 2. В варианте (фиг.5, 6) абсорбер 3 дополнительно может быть снабжен фотоэлектрическими элементами 12, установленными на его передней стороне.

Описываемый коллектор работает следующим образом.

Солнечные лучи, проходя через прозрачное ограждение 2 (фиг.1,2), попадают на поверхность абсорбера 3, имеющую селективное покрытие, и поглощаются ею, в результате чего поверхность абсорбера 3 нагревается. В коллектор поступает жидкий теплоноситель, который, проходя по трубкам 9, размещенным на тыльной стороне абсорбера 3, отводит тепло от поверхности абсорбера 3 и направляется в емкость (не показана), где низкопотенциальное тепло утилизируется одним из известных способов. Например, в роли утилизирующей емкости может быть использован бак, из которого тепло отбирается тепловым насосом и отводится потребителям горячей воды, а охлажденная вода возвращается в коллектор. Другим примером емкости-утилизатора может служить плавательный бассейн, где температура обычно поддерживается на уровне, не превышающем 25°С.

У солнечных фотоэлектрических элементов 12 (фиг.5, 6) коэффициент полезного действия снижается при повышении температуры. Охлаждение фотоэлементов 12 с помощью жидкого теплоносителя обеспечивает понижение температуры фотоэлементов 12, что повышает их кпд, одновременно обеспечивая наиболее эффективное использование поступающей солнечной радиации, так как уменьшение температуры абсорбера 3 уменьшает потери тепла из коллектора в окружающую среду. При использовании многофункционального коллектора поток энергии, получаемой от Солнца, разделяется на две части: одна часть энергии идет на нагрев жидкого теплоносителя, а другая часть отводится в виде электроэнергии. В результате температура жидкости на выходе из коллектора оказывается меньше, чем в случае, когда отвод энергии осуществлялся бы только жидкостью. Если потребителю требуется более высокая температура жидкости, то последовательно с таким коллектором может устанавливаться коллектор, представленный на фиг.1, 2.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а также в электрическую энергию. Предлагаемый многофункциональный солнечный коллектор содержит монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и абсорбер, расположенный в корпусе. Корпус выполнен П-образным. В корпусе с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили. Прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях. Корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями полости, заполненные тепловой изоляцией. Абсорбер снабжен продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, размещенными на его тыльной стороне. Изобретение должно обеспечить повышение надежности конструкции солнечного коллектора, а также его функциональности. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Многофункциональный солнечный коллектор, содержащий монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и абсорбер, расположенный в корпусе, отличающийся тем, что корпус выполнен П-образным, в корпусе с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили, прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях, корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями полости, заполненные тепловой изоляцией, а абсорбер снабжен продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, размещенными на его тыльной стороне.

2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен внутренними П-образными профилями, размещенными в корпусе, примыкающими к его боковым выступам и контактирующими верхними гранями с прозрачным ограждением.

3. Коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что абсорбер выполнен с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению.

4. Коллектор по п.1 или 2, отличающийся тем, что абсорбер дополнительно снабжен фотоэлектрическими элементами, установленными на его передней стороне.