СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 2016 года по МПК F24J2/24 F24J2/34 F24J2/14 F24J2/16 

Описание патента на изобретение RU2604119C2

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

Известен солнечный тепловой коллектор (патент 21722904, МКИ F24J, 2001) в виде стеновой панели со светопрозрачным покрытием, внутри которой размещены поглощающие трубы. Тепловой коллектор сообщен с выносным емкостным баком-аккумулятором. Устройство дополнительно снабжено тепловым насосом.

При утилизации солнечной энергии в такой конструкции коллектора невозможно достичь достаточно высокой температуры теплоносителя, так как массивность стеновой панели при ее значительной аккумулирующей способности требует продолжительного облучения для получения необходимого теплового режима. Размещение поглощающих труб внутри стеновой панели без участков, расположенных на облучаемой поверхности, снижает температуру теплоносителя на выходе из коллектора. Поэтому в данном случае применение теплового насоса является необходимым условием повышения температурного потенциала утилизированной теплоты для последующего потребления.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор (патент 2320938, МКИ F24J 2/06, 3/08, 2/24, 2008), содержащий под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, расположенными соосно с поглощающими трубами. Поглощающие трубы имеют поглощающие пластины, под которыми размещена тепловая изоляция. В устройстве предусмотрены распределительная и сборная трубы для теплоносителя, а также пластинчатые отражатели.

Солнечный тепловой коллектор позволяет утилизировать энергию при достаточной облученности поглощающих пластин и труб. При низкой интенсивности солнечной радиации, характерной для холодного периода года, получить теплоноситель с требуемой температурой для дальнейшего использования в системе теплоснабжения здания без дополнительного нагревания не представляется возможным. Получаемое в этом случае низкопотенциальное тепло может быть направлено потребителям при предварительном повышении параметров теплоносителя традиционными источниками энергии.

Задачей нового технического решения является расширение сезона эксплуатации устройства до круглогодичного за счет повышения эффективности утилизации солнечной энергии посредством рационального совмещения пассивного и активного способов преобразования излучения.

Эта задача решается тем, что в солнечном тепловом коллекторе, содержащем под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, поглощающие пластины с поглощающими трубами, сообщенными и расположенными соосно с жидкостными линзами, распределительную и сборную трубы, тепловую изоляцию и пластинчатые отражатели, согласно изобретению закрепление поглощающих пластин и труб происходит на стеновой панели, которая в верхней части имеет структурную решетку с насыпным аккумулирующим материалом и размещенными в нем распределительной и сборной трубами и в нижней части содержит перепускные отверстия, за аккумулирующим материалом и возвышаясь над ним расположены пластинчатые отражатели, а тепловая изоляция установлена с зазором от стеновой панели на облицовочной панели, имеющей входные и выходные отверстия с клапанами.

Предлагаемая конструкция солнечного теплового коллектора позволяет повысить степень утилизации солнечной радиации и направить высокотемпературный теплоноситель при интенсивном излучении, характерном для теплого периода года, в системы горячего водоснабжения. При ограниченных ресурсах солнечной энергии в холодный период года происходит повышение температуры стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала под воздействием рассеянного излучения и последующее нагревание от их поверхностей циркулирующего воздуха. Поступление теплого воздуха в помещения обеспечит их пассивное отопление, что позволит увеличить продолжительность эксплуатации устройства до круглогодичной.

На фиг. 1 показан разрез солнечного теплового коллектора.

На фиг. 2 - фрагмент разреза вида сверху.

Солнечный тепловой коллектор состоит из стеновой панели 1, на которой закреплены поглощающие пластины 2 и поглощающие трубы 3. В верхней части 4 стеновой панели 1, которая может быть выполнена железобетонной, расположена структурная решетка 5, заполненная аккумулирующим насыпным материалом 6. Стеновая панель 1 может быть выполнена полностью из насыпного аккумулирующего материала 6, заключенного в структурную решетку 5. В качестве насыпного материала 6 может быть использован гравий, так как аккумулирующая способность одного кубического метра превышает ту же удельную величину для бетонов в 2 раза. В насыпной материал 6 погружены распределительная 7 и сборная 8 трубы, к которым подключены поглощающие трубы 3. Стеновая панель имеет наружные ограждение в виде светопрозрачного покрытия 9. Под светопрозрачным покрытием 9 размещена гофрированная панель 10, состоящая из светопрозрачных параболических отражателей 11 и жидкостных линз 12. Поглощающие трубы 3 установлены соосно с жидкостными линзами 12 на стеновой панели 1, а также сообщены с ними в ее верхней 4 и нижней 13 частях. За аккумулирующим материалом 6 в его теневой зоне 14 расположены, в том числе и возвышаясь над ним, пластинчатые отражатели 15. Тепловая изоляция 16 закреплена с зазором 17 от стеновой панели 1 на облицовочной панели 18, в нижней части 19 которой выполнены входные отверстия 20, а в верхней 21 - выходные 22 для воздуха. Во входных 20 и выходных 22 отверстиях расположены клапаны 23. В нижней части стеновой панели 13 выполнены перепускные отверстия 24 для воздуха.

Солнечный тепловой коллектор работает следующим образом.

По распределительной трубе 7 теплоноситель подается в поглощающие трубы 3, которые погружены в насыпном материале 6 и направлены к жидкостным линзам 12 гофрированной панели 10. Теплоноситель поступает в жидкостные линзы 12, где нагревается за счет воздействия солнечной радиации, прошедшей через светопрозрачное покрытие 9 и многократно отраженной от поверхности светопрозрачных параболических отражателей 11 для концентрирования излучения. После протекания по жидкостным линзам 12 гофрированной панели 10 теплоноситель поступает в короткие горизонтальные участки поглощающих труб 3, переходящие в нижней части 13 стеновой панели 1 в вертикальное положение. Размещение на стеновой панели 1 поглощающих пластин 2 с трубами 3 соосно жидкостным линзам 12 способствует концентрации излучения посредством параболических отражателей 11 в зоны их расположения, что повышает энергооблученность и тем самым увеличивает температуру теплоносителя. При достижении в верхней части 4 насыпного аккумулирующего материала 6 теплоноситель направляется по поглощающим трубам 3 в его слой к расположенной в нем сборной трубе 8, а затем к потребителю.

Прошедшее сквозь светопрозрачное покрытие 9, гофрированную панель 10 и не поглощенное теплоносителем в жидкостных линзах 12 солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию в стеновой панели 1 и насыпном аккумулирующем материале 6. В холодный период года, когда температура стеновой панели 1 и насыпного аккумулирующего материала 6 под воздействием солнечной радиации превышает температуру внутреннего воздуха помещений, клапаны 23 во входных 20 и выходных 22 отверстиях облицовочной панели 18 открыты. Воздух проходит через входные отверстия 20, а затем через перепускные отверстия 24 поступает в зазор между гофрированной 10 и стеновой 1 панелями. Контактируя с облучаемой поверхностью стеновой панели 1, воздух нагревается и поднимается вверх, где проходит через слой аккумулирующего материала 6, на который дополнительно посредством пластинчатых отражателей 15 направляется излучение. После прогревания в насыпном аккумулирующем материале 6, теплый воздух через выходные отверстия 22 поступает в помещения. Если температура стеновой панели 1 и насыпного аккумулирующего материала 6 в холодный период года ниже температуры внутреннего воздуха помещений, то клапаны 23 полностью перекрывают сечение входных 20 и выходных 22 отверстий, а тепловая изоляция 16 на облицовочной панели 18 существенно снижает теплопотери в окружающую среду.

Конструкция солнечного теплового коллектора позволяет при интенсивной солнечной радиации нагреть жидкий теплоноситель до требуемой температуры для потребителя. В отопительный период при ограниченных ресурсах солнечного излучения происходит его преобразование в тепловую энергию стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала, за счет которой осуществляется нагревание воздуха, впоследствии направляемого в отапливаемые помещения. Данный способ пассивной утилизации позволяет использовать солнечную радиацию при низких показателях ее интенсивности, характерных для холодного периода года, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности улавливания излучения и расширению сезона эксплуатации предложенного устройства до круглогодичного.

Похожие патенты RU2604119C2

название год авторы номер документа
СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР 2006
  • Щукина Татьяна Васильевна
  • Чудинов Дмитрий Михайлович
RU2320938C1
СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР 2001
  • Щукина Т.В.
  • Кузнецова Л.В.
RU2212595C2
СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР С КОНЦЕНТРАТОРОМ ДЛЯ ГЕЛИОВОДОПОДОГРЕВА 2013
  • Газалов Владимир Сергеевич
  • Брагинец Андрей Валерьевич
RU2550289C1
ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРНЫХ ТЕРРИТОРИЙ НА ОСНОВЕ ТЕПЛОПРИЕМНОЙ ПАНЕЛИ, ВЫПОЛНЕННОЙ ИЗ КОРРОЗИОННО-СТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ 2007
  • Сербин Антон Григорьевич
RU2350852C2
СПОСОБ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ОТ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ 2015
  • Поллер Борис Викторович
  • Поллер Андрей Борисович
RU2649724C2
СОЛНЕЧНАЯ ПАНЕЛЬ ЗДАНИЯ 2018
  • Бабаев Баба Джабраилович
  • Шевердиев Ражидин Пирвеледович
RU2680862C1
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ЭКОНОМ-КЛАССА 2014
  • Голощапов Владлен Михайлович
  • Щербатов Владимир Викторович
  • Баклин Андрей Александрович
  • Рябихин Сергей Петрович
  • Асанина Дарья Андреевна
  • Васильева Ирина Васильевна
RU2560850C1
СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР 2001
  • Исаев П.И.
RU2194929C1
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР 2012
  • Голощапов Владлен Михайлович
  • Баклин Андрей Александрович
  • Землянский Александр Андреевич
  • Устинов Евгений Михайлович
  • Асанина Дарья Андреевна
RU2523616C2
СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕГО В СТРОИТЕЛЬСТВЕ В КАЧЕСТВЕ ЛИСТОВЫХ КРОВЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ПРИ СООРУЖЕНИИ КРОВЛИ ЛЮБЫХ РАЗМЕРОВ НА СКАТНЫХ КРЫШАХ ЗДАНИЙ 2013
  • Бикмаев Раис Каюмович
RU2539936C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 604 119 C2

Реферат патента 2016 года СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений. В солнечном тепловом коллекторе может нагреваться как жидкий теплоноситель, подаваемый потребителю, так и воздух, направляемый в отапливаемые помещения. Жидкий теплоноситель поступает по распределительной трубе 7 в поглощающие трубы 3, а затем в жидкостные линзы 12 гофрированной панели 10 с параболическими отражателями 11, концентрирующими излучение как на жидкостных линзах 12, так и в зоны поглощающих труб 3 и пластин 2, размещенных на стеновой панели 1. После жидкостных линз теплоноситель подается в поглощающие трубы 3, расположенные на стеновой панели 1, где в результате направленной концентрации излучения интенсивно нагревается, а затем по сборной трубе 8 отводится к потребителю. В холодный период года, когда интенсивности излучения не достаточно для подогрева жидкого теплоносителя до требуемых параметров, в устройстве нагревается воздух, в последствии подаваемый в отапливаемые помещения. Повышение температуры воздуха происходит при обтекании облучаемых и соответственно нагретых поверхностей стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала. Изобретение должно повысить эффективность утилизации солнечной энергии посредством рационального совмещения пассивного и активного способов преобразования излучения. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 604 119 C2

Солнечный тепловой коллектор, содержащий под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, поглощающие пластины с поглощающими трубами, сообщенными и расположенными соосно с жидкостными линзами, распределительную и сборную трубы, тепловую изоляцию и пластинчатые отражатели, отличающийся тем, что поглощающие пластины и трубы закреплены на стеновой панели, которая в верхней части имеет структурную решетку с насыпным аккумулирующим материалом и размещенными в нем распределительной и сборной трубами и в нижней части содержит перепускные отверстия, за аккумулирующим материалом и возвышаясь над ним расположены пластинчатые отражатели, а тепловая изоляция установлена с зазором от стеновой панели на облицовочной панели, имеющей входные и выходные отверстия с клапанами.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2016 года RU2604119C2

СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР 2006
  • Щукина Татьяна Васильевна
  • Чудинов Дмитрий Михайлович
RU2320938C1

RU 2 604 119 C2

Авторы

Щукина Татьяна Васильевна

Полосин Иван Иванович

Шепс Роман Александрович

Караваева Янна Игоревна

Даты

2016-12-10Публикация

2015-02-24Подача