СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР Российский патент 2018 года по МПК F24J2/20 F24J2/50 B82Y99/00 

Область техники

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено в солнечных коллекторах с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Уровень техники

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус, в верхней части которого расположен однокамерный стеклопакет, обращенный к солнечному излучению со слоем напыленного серебра на одной из поверхностей стекла стеклопакета, а в нижней части корпуса – теплоизоляция с расположенным на ее поверхности теплоотражающем слое. При этом между стеклопакетом и изоляцией образовано пространство, в которое вставлен змеевик, необходимый для протекания в нем теплоносителя (RU 2471129 С1, 27.12.2012).

Недостатками известной установки являются потери тепла при нагревании змеевика и рабочей жидкости, высокая стоимость конструкции.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является солнечный коллектор, раскрытый в RU 27195 U1, 10.01.2003.

Коллектор содержит полый корпус из теплоизоляционного материала, заполненный теплоносителем. В верхней части корпуса расположено светопрозрачное окно, обращенное к солнечному излучению. При этом светопрозрачное окно выполнено в виде двух стекол, с образованием зазора между ними, образующего замкнутый объем, откаченный до вакуума. В нижней части корпуса расположен светопоглощающий приемник.

Недостатками наиболее близкого аналога являются потери тепла через теплоизоляцию в нижней части коллектора, уменьшенная площадь светопрозрачного окна по сравнению с общей площадью коллектора, что снижает общее количество получаемой коллектором солнечной инсоляции.

Раскрытие изобретения

Задача предлагаемого технического решения состоит в разработке солнечного коллектора, собирающего солнечное излучение со всей поверхности и отдающего тепло рабочему телу (теплоносителю) с максимальной эффективностью.

Техническим результатом изобретения является снижение теплопотерь и увеличение эффективности преобразования солнечной энергии.

Указанный технический результат достигается за счет того, что солнечный коллектор содержит корпус, выполненный по крайней мере из двух однокамерных стеклопакетов, соединенных герметичной рамкой, выполненной с возможностью образовывать заполненное высокотемпературным теплоносителем герметичное пространство между стеклопакетами с узлом подачи высокотемпературного теплоносителя и узлом выхода высокотемпературного теплоносителя, при этом каждый стеклопакет выполнен из двух изогнутых закаленных стекол, герметично соединенных между собой по контуру герметичным швом, с образованием вакуумного стеклопакета, содержащего выпуклые поверхности стекол.

В качестве высокотемпературного теплоносителя применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей.

Высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1 об.%.

Радиус кривизны стекол в стеклопакете составляет 100-300 м.

Ширина герметичного пространства между стеклопакетами выполнена изменяющейся по длине указанного пространства и составляет 2-5 мм.

Площадь герметичного пространства между стеклами в стеклопакете составляет 95-98% площади коллектора.

Стекло, взаимодействующее с теплоносителем, стеклопакета, обращенного к солнечному излучению, является низкоэммисионным.

Стекло, взаимодействующее с теплоносителем, другого стеклопакета содержит зеркальный слой, нанесенного на поверхность стекла, обращенную к вакууму.

В качестве низкоэммисионного стекла применены К-, I-стекла.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 – Солнечный коллектор, содержащий однокамерные вакуумные стеклопакеты:

1 – солнечное излучение;

2 – первый стеклопакет, обращенный к солнечному излучению;

3 – второй стеклопакет, расположенный под первым;

4 – герметичное пространство, заполненное высокотемпературным теплоносителем;

5 – узел подачи высокотемпературного теплоносителя;

6 –узел выхода высокотемпературного теплоносителя;

7 – стекло с низкоэммисионным покрытием;

8 – стекло с зеркальным покрытием;

9 – герметичный шов;

10 – герметичная рамка.

Осуществление изобретения

Солнечный коллектор содержит корпус, выполненный, по крайней мере, из двух однокамерных стеклопакетов (2, 3) соединенных герметичной рамкой (10), выполненной с возможностью образовывать заполненное высокотемпературным теплоносителем герметичное пространство (4) между стеклопакетами с узлом (5) подачи высокотемпературного теплоносителя и узлом (6) выхода высокотемпературного теплоносителя, при этом каждый стеклопакет (2, 3) выполнен из двух изогнутых закаленных стекол, герметично соединенных между собой по контуру герметичным швом (9), с образованием вакуумного стеклопакета (2, 3), содержащего выпуклые поверхности стекол.

В качестве высокотемпературного теплоносителя применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей.

Высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1 об.%.

Радиус кривизны стекол в стеклопакете (2, 3) составляет 100-300 м.

Ширина герметичного пространства между стеклопакетами (2, 3) выполнена изменяющейся по длине указанного пространства и составляет 2-5 мм, например, в центре герметичного пространства (4) составляет 2 мм, а в самой широкой части, где расположена герметичная рамка (4) – 5 мм, причем ширина герметичного пространства (4) от центра до самой широкой части может иметь различное значение (в пределах указанных) по длине в зависимости от радиуса кривизны стекол в стеклопакете.

Площадь герметичного пространства между стеклами в стеклопакете составляет 95-98% площади коллектора. Сам коллектор может быть как квадратной, так и прямоугольной формы, в зависимости от назначения и технологических ограничений.

Стекло (7), взаимодействующее с теплоносителем, стеклопакета (2), обращенного к солнечному излучению, является низкоэммисионным.

Стекло (8), взаимодействующее с теплоносителем, другого стеклопакета (3) содержит зеркальный слой, нанесенного на поверхность стекла, обращенную к вакууму.

В качестве низкоэммисионного стекла применены К-, I-стекла.

Устройство работает следующим образом. «Холодный» высокотемпературный теплоноситель подается по трубопроводу (на фиг. 1 не показан) на вход в узел подачи (5) высокотемпературного теплоносителя. Затем он попадает в герметичное пространство (4) коллектора, в котором теплоноситель течет к узлу (6) выхода высокотемпературного теплоносителя, нагреваясь на протяжении всего герметичного пространства (4) от узла подачи (5) высокотемпературного теплоносителя до узла (6) выхода высокотемпературного теплоносителя от солнечного изучения (1), проходящего через стеклопакет (2). Затем горячий теплоноситель выходит из узла (6) выхода высокотемпературного теплоносителя и по трубопроводу попадает в парогенератор (фиг. 1 не показан), где он охлаждается, а затем по трубопроводу вновь поступает на узел подачи (5) высокотемпературного теплоносителя.

Таким образом за счет, того высокотемпературный теплоноситель нагревается по всей поверхности герметичного пространства (4), происходит увеличение эффективности (кпд) преобразования солнечной энергии, а стеклопакеты (2, 3) за счет камер, откаченных до вакуума, обеспечивают снижение теплопотерь в высокотемпературном теплоносителе.

Применение в конструкции солнечного коллектора стеклопакетов, содержащих выпуклые поверхности стекол, по сравнению с прямолинейными стеклами в стеклопакетах обеспечивает снижение стоимости изготовления за счет исключения операции формирования опорных мостиков между стеклами, повышение надежности конструкции в целом при локальных температурных перепадах.

Для повышения степени поглощения солнечной инсоляции высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок диаметром 10-50 нм и длинной 70-100 нм в количестве 0,1-1 об. %. При содержании нанотрубок менее 0,1% степень поглощения солнечной инсоляции будет низка, а при содержании нанотрубок более 1 % приведет к значительному удорожанию теплоносителя.

Кроме того, для снижения теплопотерь и повышения степени поглощения солнечной инсоляции, одно стекло (7), взаимодействующее с теплоносителем, стеклопакета (2), обращенного к солнечному излучению, является низкоэммисионным, которое пропускает солнечное излучение и отражает тепло от нагретого высокотемпературного теплоносителя, а одно стекло (8), взаимодействующее с теплоносителем, другого стеклопакета (3) содержит зеркальный слой, нанесенного на поверхность стекла, обращенную к вакууму, который отражает тепло от нагретого высокотемпературного теплоносителя.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет получить солнечный коллектор, обеспечивающий снижение теплопотерь и увеличение эффективности преобразования солнечной энергии.

Изобретение было раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления изобретения, не меняющие его сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, изобретение следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой изобретения.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено в солнечных коллекторах с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения. Солнечный коллектор содержит корпус, выполненный по крайней мере из двух однокамерных стеклопакетов, соединенных герметичной рамкой, выполненной с возможностью образовывать заполненное высокотемпературным теплоносителем герметичное пространство между стеклопакетами с узлом подачи высокотемпературного теплоносителя и узлом выхода высокотемпературного теплоносителя, при этом каждый стеклопакет выполнен из двух изогнутых закаленных стекол, герметично соединенных между собой по контуру герметичным швом, с образованием вакуумного стеклопакета, содержащего выпуклые поверхности стекол. Техническим результатом изобретения является снижение теплопотерь и увеличение эффективности преобразования солнечной энергии. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Солнечный коллектор, содержащий корпус, выполненный по крайней мере из двух однокамерных стеклопакетов, соединенных герметичной рамкой, выполненной с возможностью образовывать заполненное высокотемпературным теплоносителем герметичное пространство между стеклопакетами с узлом подачи высокотемпературного теплоносителя и узлом выхода высокотемпературного теплоносителя, при этом каждый стеклопакет выполнен из двух изогнутых закаленных стекол, герметично соединенных между собой по контуру герметичным швом, с образованием вакуумного стеклопакета, содержащего выпуклые поверхности стекол.

2. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве высокотемпературного теплоносителя применены минеральные масла, высокотемпературные расплавы солей.

3. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что высокотемпературный теплоноситель содержит добавку в виде углеродных нанотрубок в количестве 0,1-1 об.%.

4. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что радиус кривизны стекол в стеклопакете составляет 100-300 м.

5. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что ширина герметичного пространства между стеклопакетами выполнена изменяющейся по длине указанного пространства и составляет 2-5 мм.

6. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что площадь герметичного пространства между стеклами в стеклопакете составляет 95-98% площади коллектора.

7. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что одно стекло, взаимодействующее с теплоносителем, стеклопакета, обращенного к солнечному излучению, является низкоэммисионным.

8. Коллектор по п. 1, характеризующийся тем, что одно стекло, взаимодействующее с теплоносителем, другого стеклопакета содержит зеркальный слой, нанесенного на поверхность стекла, обращенную к вакууму.

9. Коллектор по п. 8, характеризующийся тем, что в качестве низкоэммисионного стекла применены К-, I-стекла.