Арктический прозрачный плоский солнечный коллектор Российский патент 2023 года по МПК F24S10/75 F24S20/69 F24S70/60 

Предлагаемое изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в устройствах преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а именно к плоским вакуумным плоским солнечным коллекторам, конкретно к солнечным плоским коллекторам с узлом внутриобъемного теплопоглощения» предназначенных для эксплуатации в Арктической климатической зоны.

Известно что Арктическая климатическая зона обладает особенностями:

1. Отсутствием до 3 месяцев солнечного света - «Полярная ночь.

2. Круглосуточным до 3 месяцев солнечным освещением - «Белые ночи».

3. Резким изменением скорости до ураганного свыше 15 м/с, и направления ветра в течении короткого времени, час и менее, возникающих из-за взаимодействия температур «вечной мерзлоты» и нагретых солнечными лучами воздушных слоев;

4. Сопутствующими к п. 3 осадками в виде дождя, снега и града.

Известен вакуумный трубчатый солнечный коллектор с узлом внутриобъемного поглощения состоящего из покрытого высокоселективным покрытием проволочной «путанки» обернутой вокруг тепловой трубки “Heat Pipe” или трубок прямоточного теплового канала.

Патент Украины на полезную модель «Солнечный коллектор» № 103462, 2017.

Недостатком данного солнечного коллектора является то, что солнечный коллектор по мощности набирается секциями из светопрозрачной трубы с установленными с тепловой трубкой “Heat Pipe” или трубки прямоточного теплового канала обернутых проволочной «путанкой» с тепловой мощностью не больше 100 Вт в следствии чего повышение мощности солнечного коллектора приводит повышение затрат на изготовление и техническое обслуживание и в следствии эксплуатация известного солнечного коллектора в Арктической климатической зоне неэффективна .

Наиболее близким техническим решением является плоский солнечный коллектор используемый одновременно как элемент кровли состоящий из корпуса и тепловоспринимающего элемента - металлического листа с развитой поверхностью, или в виде гофр, или в виде ребер, или игольчатых выступов с одной стороны, обращенной к теплоносителю, или с обеих сторон.

Патент РФ 2183801 Солнечный коллектор, 2004 г..

Недостатком известного солнечного коллектора является то, что по ниже приводимым недостаткам он не может эксплуатироваться в Арктической климатической зоне:

1. оптический КПД "η_o" не выше 20% т.к.: до 30% солнечного света отражается: светопрозрачным покрытием; до 30%, теплопоглощающей поверхностью а также до 20% дополнительные потери тепла в атмосферу по конструктивным недостаткам дополнительно до 10% потери по конструктивным недостаткам узла теплпоглощения конкретно передачи тепла от теплопоглощающее поверхности к трубке теплового канала.

2. высокие эксплуатационные расходы и низкая надежность из-за установки с наклоном соответствующим наклону кровли вследствие загрязнения и воздействия осадков или разгерметизации при граде.

3. Сложность изготовления удорожание для достижения развитой теплопоглощающей поверхности включающий гофрирование или введения дополнительных элементов в виде ребер или игольчатых выступов теплопоглощающей площади.

4. Удорожание за счет введения механизмов поворота и предохранительного от шквального ветра.

и вследствии эксплуатация известного солнечного коллектора в Арктической климатической зоне неэффективна

Целью предполагаемого изобретения является повышение мощности, снижение финансовых расходов и обеспечение работы в Арктической климатической зоне .

Указанная цель достигается тем, что в арктическом плоском прозрачном солнечном коллекторе, состоящим из корпуса и узла внутриобъемного теплопоглощения, согласно изобретению, узел внутриобъемного теплопоглощения выполнен из покрытых высокоселективным покрытием прямоточной тепловой трубки – «змеевика» и обернутой вокруг трубки – «змеевика» проволочной «путанки», установлен в полость корпуса параллельно к передней – светопрозрачной и задней светопрозрачной стенкам, а внешний вертикальный стержень корпуса размещен с его краю и вставлен в отверстие вертикальной стойки установочной плиты, соединенной одновременно с предохранительной пружиной с корпусом.

Арктический плоский прозрачный солнечный коллектор состоит: из корпуса 1 с параллельными внешней светопрозрачными передней 2 и задней 3 стенками 3; узла внутриобъемного теплопоглощения 4 (в илл. ограничена пунктирной линией) с тепловой «трубкой-змеевиком» 5, с жидким теплоносителем 6 и обернутой вокруг «змеевика» 5 проволочной «путанкой» 7 с высокоселективным покрытием 8.

Рама своим 1 внешним стержнем 9, размещенным к одной из его поперечных краев вставлен в отверстие вертикальной стойки 10 установочной плиты 11 и соединен с плитой 10 предохранительной пружиной 12.

Узел внутриобъемного теплопоглощения ограничен мелкоячеистой медной сеткой 13 с высокоселективным покрытием 8, оборачивающей путанку 7.

На Рис. 1 Вертикальное сечение по оси тепловой трубки змеевика и Рис 2 Сечение А-А. Арктический плоский прозрачный солнечный коллектор работает следующим образом.

Солнечный свет проходит через светопрозрачную внешнюю стенку 2 корпуса 1 и попадает на узел внутриобъемного теплопоглощения 4 на теплопоглощающее покрытие 8 проволочной «путанки» 7 и через зазоры попадает на поверхность тепловой «трубки-змеевика» 5.

Змеевик 5 и «путанка» 7 с высокоселективным покрытием 8 образуют пространственно «объемный» теплопоглощающий узел 4, внутри объема которого луч солнца многократно отражаются и многократно меняет направление находясь внутри узла 4.

При скорости ветра превышающей расчетные согласно коэффициента запаса прочности давление воздушного потока на стенку 2 преодолевая сопротивление предохранительной пружины 12 поворачивает раму 1 коллектора вокруг оси стержня 9, уменьшая площадь парусности коллектора.

При снижении скорости ветра предохранительная пружина 12 возвращает раму 1 коллектора в исходное положение.

Таблица 1 Сравнительные параметры «СОКОЛЛ-П-АРКТИКА» с ПРОТОТИПОМ №№ ПАРАМЕТРЫ ПРОТОТИП СОКОЛЛ-ПГ 1 Размеры коллектора, мм 1000х1000х100 1000х1000х100 2 Площадь коллектора S колл 1 м2 1 м2 3 Площадь теплопоглощения, S тп 0,80 м2 0,80 м2 4 Угол наклона коллектора Угол наклона кровли От 0 град до 90 5 Интенсивность солнечного
света на м2, ИСС 5 кВт/м2 5 кВт/м2 6 Оптический к.п.д. 0,2 0,4 7 Мощность солнечного коллектора 1,0 кВт 2,0 кВт 8 Светопропускаемость коллектора 0% 40%

Таким образом, в узле «внутриобъемного теплопоглощения» «путанка 7 - змеевик 5» предполагаемое изобретение обеспечивает «внутри объемное теплопоглощение» т. к. лучи отраженные от поверхности «путанки» 7 и поверхности тепловой трубки-змеевика 5 многократно отражаются находясь внутри полости узла, что обеспечивает «внутри объемного теплопоглощения» повышение мощности, экономических показателей и надежности и использование в Арктической климатической зоне за счет:

1. Снижения не менее чем на 70% отражение солнечного света теплопоглощающими поверхностями узла «внутри объемного теплопоглощения - «прямоточная тепловая трубка - змеевик» 5 и «путанка» 7.

2. Установки предполагаемой полезной модели СОКОЛЛ-П-АРКТИКА в вертикальном положении с оптическим КПД "η" не менее 40% 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 светопрозрачных стенок.

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 плоским солнечным коллекторам. Арктический плоский прозрачный солнечный коллектор состоит из корпуса и узла внутриобъемного теплопоглощения, причем узел внутриобъемного теплопоглощения выполнен из покрытых высокоселективным покрытием прямоточной тепловой трубки – «змеевика» и обернутой вокруг трубки – «змеевика» проволочной «путанки», установлен в полость корпуса параллельно к передней – светопрозрачной и задней светопрозрачной стенкам, а внешний вертикальный стержень корпуса размещен с его краю и вставлен в отверстие вертикальной стойки установочной плиты, соединенной одновременно с предохранительной пружиной с корпусом. Изобретение должно обеспечить повышение мощности, экономических показателей и надежности. 2 ил., 1 табл.

Арктический плоский прозрачный солнечный коллектор, состоящий из корпуса и узла внутриобъемного теплопоглощения, отличающийся тем, что узел внутриобъемного теплопоглощения выполнен из покрытых высокоселективным покрытием прямоточной тепловой трубки – «змеевика» и обернутой вокруг трубки – «змеевика» проволочной «путанки», установлен в полость корпуса параллельно к передней – светопрозрачной и задней светопрозрачной стенкам, а внешний вертикальный стержень корпуса размещен с его краю и вставлен в отверстие вертикальной стойки установочной плиты, соединенной одновременно с предохранительной пружиной с корпусом.