Вертикальный трубчатый солнечный коллектор Российский патент 2023 года по МПК F24S10/40 F24S10/55 F24S70/60 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в устройствах преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а именно к вакуумным солнечным коллекторам с узлом «внутриобъемного теплопоглощения».

 Известны солнечные коллекторы содержащие коаксиальную или одинарную – «перье-вую» вакуумную трубку с тепловым стержнем «Heat Pipe». Внутри прозрачной вакуумной трубки установлена плоская или закругленная теплопоглощающая пластина с высоко-селективным покрытием контактирующая с тепловой трубкой («Солнечный вакуумный коллектор – классификация», 2012. SOLAR SOUL.net). 

 Недостатком известных коллекторов является то, что круглая форма абсорбирующей поверхности тепловых трубок и плоские теплопоглощающих пластин обеспечивают оптический КПД "η" не более 25%, а также то, что с целью снижения отражения солнечных лучей солнечные коллекторы устанавливаются с наклоном около 20 град., что приводит к снижению надежности, вследствие воздействия осадков или полной потери работоспособности при воздействии града, а также к большим размерам занимаемой площади.

Наиболее близким техническим решением является вакуумный трубчатый солнечный коллектор с узлом внутриобъемного теплопоглощения состоящим из покрытых тепло высокоселективной краской проволочной «путанкой» обернутой вокруг тепловой трубки “Heat  Pipe” или трубок прямоточного теплового канала (Патент Украины «Солнечный  коллектор» № 103462, 2017). 

Недостатком данного солнечного коллектора является вероятность контакта при нагреве «путанки» в результате линейного расширения проволоки, с  поверхностью стеклянной трубки и передача преобразованной солнечной энергии к стеклянной трубке приводящее к снижению тепловой мощности.

Целью изобретения является повышение мощности и надежности.

Указанная  цель достигается тем, что в солнечном вакуумном коллекторе со стеклянными вакуумными трубками, содержащими узел «внутриобъемного теплопоглощения», состоящий из тепловой трубки теплового канала, обернутой проволочной путанкой, согласно изобретению, трубка теплового канала с высокоселективным покрытием имеет на концах по одному радиальному выступу с прикрепленными к ним концами фиксирующей проволоки с высокоселективным покрытием, навитой на проволочную путанку с высокоселективным покрытием, а на внутренней поверхности тепловой трубки с длиной дуги не более половины внутренней окружности тепловой трубки имеется светоотражатель в виде светоотражающего покрытия.

Вертикальный трубчатый солнечный коллектор состоит из стеклянной вакуумной трубки 1, узла внутриобъемного теплопоглощения с тепловой трубкой 2 с жидким теплоносителем 3 обернутой проволочной «путанкой» 4 и навитой на «путанку» 4 фиксирующей проволокой 5, концы которой закреплены к радиальным выступам 6 на концах тепловой трубки 2.

Теплопоглощающей высокоселективной краской 7 покрыты поверхности  тепловой трубки 2, «путанки» 4 и фиксирующей проволоки 5

Светоотражатель 8 установлен внутри вакуумной трубки 1 и выполнен в виде светоотражающего покрытия.

На Рис. 1 - поперечное сечение. На Рис. 2 – сечение А-А по оси вакуумной трубы.

Вертикальный трубчатый солнечный коллектор работает следующим образом. 

1. Солнечные лучи проходят через стенку вакуумной трубки 1 попадают на высокоселективное покрытие 7 фиксирующей проволоки 5, «путанки» 4 и на поверхность тепловой трубки 1 преобразуется в тепло и передается  теплоносителю 3.

2. Солнечные лучи, прошедшие  зазор между стенкой вакуумной трубки 1 и через промежутки фиксирующей проволока 5 и путанки 4 узла внутрибъемного теплопоглощения отражается от поверхности светоотражателя 8 вакуумной трубки 1 попадают обратно в полость узла внутриобъемного теплопоглощения «фиксирующая проволока 5 – путанка 4 – тепловая трубка 2».

3. Изобретение обеспечивает повышение мощности и надежности за счет:

1. Устранения навивкой фиксирующей проволокой контакта «путанки» с поверхностью вакуумной трубки, использования отраженного света и увеличение площади теплопоглощения за счет увеличения диаметра узла внутриобъемного теплопоглощения;

2. Установки коллектора (коллектора СОКОЛЛ-ВТ) в вертикальном положении с оптическим КПД "η" не менее 35% что дополнительно приводит к снижению расходов в результате уменьшения не менее чем в три (3) раза занимаемой площади и устранения вероятности появления трещин от воздействия града и накопления осадков и пыли на поверхности светопрозрачной вакуумной трубки, а так же размещение на стенах и балконах зданий гражданского и производственного назначения.

Таблица 1  Сравнительные параметры коллектора «СОКОЛЛ ВТ» с  ПРОТОТИПОМ

№№ ПАРАМЕТРЫ ПРОТОТИП СОКОЛЛ-О 1 Размеры вакуумных трубок, мм Д58 × Н1800
Двн. 50 Д58 × Н1800
Двн. 50 2 Размеры тепловых трубок, мм Д20 × Н1800 Д20 × Н1800 3 Диаметр узла внутриобъемного теплопоглоще-ния, Дутп, мм Дутп 40 Дутп 45 4 Площадь теплопоглощения,  Sтп 0,072 м² 0,083 м² 5 Угол наклона коллектора 0 град 0 град 6 Интенсивность солнечного света на м², ИСС 5 кВт/м² 5 кВт/м² 7 Оптический к.п.д. 0,35 0,40 8 Тепловая мощность вакуумной трубки 145 Вт 165 Вт

 Наименование изобретения «СОКОЛЛ»  составлено из 2 (двух) первых букв слова «СОлнечный», и трех первых букв «КОЛЛектор».

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а именно к вакуумным солнечным коллекторам с узлом «внутриобъемного теплопоглощения». Солнечный вакуумный коллектор со стеклянными вакуумными трубками, содержащими узел «внутриобъемного теплопоглощения», состоящий из тепловой трубки теплового канала, обернутой проволочной путанкой, причем трубка теплового канала с высокоселективным покрытием имеет на концах по одному радиальному выступу с прикрепленными к ним концами фиксирующей проволоки с высокоселективным покрытием, навитой на проволочную путанку с высокоселективным покрытием, а на внутренней поверхности тепловой трубки с длиной дуги не более половины внутренней окружности тепловой трубки имеется светоотражатель в виде светоотражающего покрытия. Изобретение должно повысить мощность и надежность. 2 ил., 1 табл.

Солнечный вакуумный коллектор со стеклянными вакуумными трубками, содержащими узел «внутриобъемного теплопоглощения», состоящий из тепловой трубки теплового канала, обернутой проволочной путанкой, отличающийся тем, что трубка теплового канала с высокоселективным покрытием имеет на концах по одному радиальному выступу с прикрепленными к ним концами фиксирующей проволоки с высокоселективным покрытием, навитой на проволочную путанку с высокоселективным покрытием, а на внутренней поверхности тепловой трубки с длиной дуги не более половины внутренней окружности тепловой трубки имеется светоотражатель в виде светоотражающего покрытия.