СОЛНЕЧНЫЙ ОКОННЫЙ КОЛЛЕКТОР

Полезная модель относится к устройствам энергосберегающих технологий при водонагреве, в частности к устройству солнечных жидкостных нагревателей, и может быть использована как в индивидуальных солнечных установках, так и в энергосберегающих конструкциях гелиотехнических систем промышленного, коммунально-бытового и хозяйственного назначения для нагрева воды или промежуточного теплоносителя.
Известны конструкции солнечных коллекторов, содержащие корпус с прозрачным остеклением, поглотитель с лучепоглощающей поверхностью и нагревательными проходящими трубами и входным и выходным гидравлическими коллекторами для распределения и сбора подводимого и подогретого теплоносителя (Крепис И.Б., Солнце - людям., Кишинев: Штиинца, 1989, с.24-37).
Известные солнечные коллекторы предназначаются для индивидуальной установки на горизонтальную поверхность земли и различные части домов и сооружений с использованием специальных опорно-крепежных конструкций, удорожая внедряемую систему и нарушая архитектурно-эстетический ансамбль.
Известен солнечный коллектор (Пат. РФ №48038, опубл. 10.09.2005), содержащий корпус, в котором размещена теплопоглощающая панель из непрозрачного или полупрозрачного теплостойкого полимерного материала в виде плоской пластины с внутренними продольными каналами, присоединенная через продольные щели с помощью клеевого или сварного соединения к коллекторным трубам, выполненным из теплостойкого пластика. Над теплопоглощающей панелью устроена прозрачная теплоизоляция, являющаяся верхней стороной, выполненная из листового или сотового теплостойкого полимерного материала. Нижняя сторона выполнена с теплоизоляцией из вспененного материала с низкой теплопроводностью.
Недостатком этого коллектора является то, что непрозрачный или полупрозрачный полимерный материал теплопоглощающей панели с низким коэффициентом теплопроводности не обеспечивает высокой передачи лучистой энергии теплоносителю, что требует его размещения, ориентированного в южном направлении с оптимальным углом наклона к горизонту.
Известен солнечный коллектор (Пат. РФ №2330217, опубл. 27.07.2008), содержащий рабочую с защитным экраном панель, заменяющую корпус, теплособирающие трубки и коллекторы-распределители с патрубками. Коллекторы-распределители изготовлены из цветных металлов методом литья под давлением, а их подсоединение к теплособирающим трубкам произведено соединением стыкуемых деталей специальными безрезьбовыми муфтовыми соединителями.
Недостатком известного коллектора является его использование только в системах горячего водоснабжения и отопления с принудительной циркуляцией.
Наиболее близким техническим решением является известный солнечный коллектор как элемент строительной конструкции (Пат. РФ №2265162, опубл. 27.11.2005), содержащий корпус из профилированного материала с элементами оконной системы профилей и тыльную теплоизоляцию. Перед поглотителем типа «труба в листе», размещенном в корпусе перед тыльной стенкой, установлено прозрачное остекление, содержащее светопрозрачную часть с корпусом из фрагментов рамного профиля. Светопрозрачная часть и лучепоглощающая часть с нагревательными трубами, с входными и выходными гидравлическими коллекторами для подвода и отвода нагреваемой жидкости, при размещении в корпусе, скреплены через связь по периметру посредством клейких прокладок и винтовых соединений или опрессовкой угловых соединителей.
Недостатками прототипа являются недостаточно высокая эффективность работы солнечного коллектора при использовании как элемента строительной конструкции из-за однозначно ориентированной в пространстве лучепоглощающей части, целевая направленность на совместимость с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций, применяемых при строительстве гражданских объектов жилого и хозяйственного назначения, с принципиальной направленностью на конкретные компании поставщиков.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является увеличение эффективности работы солнечной установки, обеспечение основной функции светового окна при устройстве солнечного коллектора в оконном блоке или системе светового остекления, повышение технологичности, сборки, монтажа и универсальности применимости.
Поставленная задача решается следующим образом. В конструкции солнечного коллектора поглотитель типа «труба в листе» выполнен в виде жалюзи с набором вертикальных, поворачивающихся вокруг оси не более чем на полуоборот, продолговатых теплоприемных модулей. Этим обеспечивается возможность ориентации на солнце по горизонтали теплоприемных модулей жалюзи, повышая эффективность работы солнечного коллектора, и осуществляется горизонтальный просвет по основной функции светового окна. Для реализации этого входы и выходы теплособирающих трубок каждого из теплоприемных модулей соединены с патрубками входных и выходных внутренних гидравлических коллекторов посредством гибких трубчатых муфт. Ось каждого из модулей снабжена элементом связи с механизмом привода для получения вращения.
Поглотитель размещен внутри корпуса из профилированного материала с элементами оконной системы. Прозрачное остекление с заполнением световых проемов устроено при расположении стеклопакетов как перед теплоприемными модулями, так и в качестве тыльной теплоизоляции.
Патрубки подвода гидравлического коллектора могут быть выполнены сужающимися в виде конфузора. Патрубки отвода гидравлического коллектора могут быть выполнены расширяющимися в виде диффузора. Плавное сопряжение диаметров входов и выходов теплособирающих трубок модулей с трубами гидравлических коллекторов необходимо для перемещения нагреваемой жидкости в спокойном конвекционном режиме.
Вертикальные продолговатые теплоприемные модули жалюзи могут быть выполнены с разрывами поверхности листа, в виде набора лепестков, размещенных под углом к вертикальной плоскости, который зависит от географической широты использования коллектора. Такая конструкция, подобная ориентации лепестков цветов и листьев растений на солнце, создает по возвышению угол падения солнечных лучей, близкий к перпендикуляру, обеспечивая дополнительное повышение эффективности работы. Такое размещение лепестков теплоприемных модулей требует их разноса по вертикали, чтобы не затенять друг друга, обеспечивая горизонтальный просвет, основную функцию светового окна. При этом теплособирающие трубки, проходящие в модулях от входа к выходу, в лепестках теплоприемных модулей на переходах от лепестка к лепестку должны иметь восходящие углы для обеспечения конвекционного потока.
Ориентация на солнце теплоприемных модулей жалюзи, каждого из них, может осуществляться поворотом оси, снабженной зубчатым колесом для получения вращения от горизонтального винтового вала, имеющего механизм привода. Привод может осуществляться с выполнением от ручного устройства, а также двигателем, программно управляемым или управляемым от следящей за положением солнца системы.
Прозрачное остекление и поглотитель, с входным и выходным гидравлическими коллекторами, могут быть выполнены панельными, в виде рамной конструкции. Эти панели могут встраиваться в оконные блоки, в крышу и в фасадную систему профилей пространственных строительных конструкций, обеспечивая повышение технологичности, сборки, монтажа и универсальности применимости предлагаемого солнечного коллектора.
На фиг.1 показан вид спереди солнечного коллектора с вырезом внешнего остекления; на фиг.2 - вид сбоку солнечного коллектора с двухсторонним остеклением в разрезе.
Солнечный коллектор включает корпус 1 из профилированного материала с элементами оконной системы, прозрачное остекление 2, внешней и внутренней сторон, а также поглотитель типа «труба в листе» в виде жалюзи 3 с набором вертикальных, поворачивающихся вокруг оси 6 продолговатых теплоприемных модулей. Входы 7 и выходы 8 теплособирающих трубок 9 жалюзи 3 соединены с патрубками 10 входных 4 и выходных 5 внутренних гидравлических коллекторов посредством гибких трубчатых муфт 11, а ось каждого из них снабжена элементом связи 12 с механизмом привода для получения вращения.
Прозрачное остекление 2 и поглотитель 3 с входным и выходным гидравлическими коллекторами могут быть выполнены в виде рамной конструкции 13, с возможностью встраивания в оконные блоки, в крышу и в фасадную систему профилей пространственных строительных конструкций.
Патрубки 10 подвода гидравлического коллектора 4 могут быть выполнены сужающимися, в виде конфузора, а патрубки 10 отвода гидравлического коллектора 5 могут быть выполнены расширяющимися, в виде диффузора, для плавного сопряжения диаметров теплособирающих трубок 9 модулей с трубами гидравлических коллекторов 4, 5 (на фиг. не показано).
Ввертикальные продолговатые теплоприемные модули жалюзи могут быть выполнены с разрывами поверхности листа, в виде набора лепестков, размещенных под углом к вертикальной плоскости, при этом теплособирающая трубка 9 от входа 7 к выходу 8, проходящая в лепестках теплоприемных модулей на переходах от лепестка к лепестку всегда имеет восходящие углы (на фиг.1, 2 не показано).
Ось 6 каждого из модулей может быть снабжена элементом связи 12 в виде зубчатого колеса для получения вращения от горизонтального винтового вала, имеющего механизм привода, выполненного с ручным управлением или с двигателем, программно управляемым или управляемым от следящей за положением солнца системы.
Устройство работает следующим образом. Поток солнечного излучения через внешнее остекление 2 падает на жалюзи - поверхности теплоприемных модулей поглотителя 3 солнечного коллектора. Теплоприемные модули поглотителя 3, взаимодействуя с потоком солнечного излучения, нагреваются и передают поглощенное тепло теплособирающим трубкам 9, непосредственно являющимися составной частью конструкции модулей. Жидкость, находящаяся в гидравлической системе солнечного коллектора, получая тепло от стенок теплособирающих трубок 9, нагревается в них и конвективно или при помощи принудительной циркуляции вытесняется и заменяется более низкотемпературной, создавая процесс нагрева воды или промежуточного теплоносителя. За суточный цикл горизонтальный угол падения потока солнечного излучения постоянно изменяется, а максимальная эффективность работы солнечного коллектора достигается при перпендикулярном падении лучей. Чтобы повысить эффективность работы солнечного коллектора, необходимо обеспечить горизонтальный угол падения, близкий к перпендикуляру, для чего теплоприемные модули тепловоспринимающими поверхностями необходимо поворачивать на солнце, что осуществляется за счет установки модулей на оси 6 и устройства гибких трубчатых муфт 11. Поворот теплоприемных модулей через элемент связи 12 может осуществляться вручную, периодически поворачивая их или заранее выставляя на соответствующий угол, а также двигателем, программно управляемым или управляемым от следящей за положением солнца системы. Дальнейшее повышение эффективности работы солнечного коллектора можно обеспечить поворотом на солнце тепловоспринимающих поверхностей по вертикали. Этот угол связан с географической широтой места использования солнечного коллектора и может быть учтен выполнением теплоприемных модулей жалюзи с разрывами поверхности листа, в виде набора лепестков, размещенных под углом к вертикальной плоскости. При этом теплособирающая трубка 9 от входа 7 к выходу 8, проходящая в лепестках теплоприемных модулей на переходах от лепестка к лепестку, всегда должна иметь восходящие углы, чтобы гарантировано обеспечить естественную циркуляцию в случаях отсутствия принудительной. Отворот модулей от плоскости корпуса и устройство разрывов поверхности листа по вертикали обеспечивают образование световых просветов окна при устройстве солнечного коллектора в оконном блоке или системе светового остекления. Для бескавитационного ламинарного движения теплоносителя в гидравлической системе, патрубки 10 подвода гидравлического коллектора 4 выполняются сужающимися в виде конфузора, а патрубки 10 отвода гидравлического коллектора 5 выполняются расширяющимися в виде диффузора, для плавного сопряжения диаметров теплособирающих трубок 9 модулей с трубами гидравлических коллекторов 4, 5. Для повышения технологичности, сборки, монтажа и универсальности применимости прозрачное остекление 2 и поглотитель, с входным 4 и выходным 5 гидравлическими коллекторами, выполнены в виде рамной конструкции с рамой 13, с возможностью встраивания в оконные блоки, в крышу и в фасадную систему профилей пространственных строительных конструкций.