СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР
SOLAR COLLECTOR

Изобретение относится к области гелиотехники, а именно к низкотемпературным солнечным коллекторам и может быть использовано в системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха.
Известен солнечный коллектор [В.А. Смановских, Н.А. Смановских. «Солнечный коллектор», патент №2032861, F24J 2/22, F24J 2/26], который включает неподвижную поглощающую пластину и находящуюся в тепловом контакте с ней емкость для теплоносителя. Рабочая поверхность поглощающей пластины выполнена в виде набора расположенных в шахматном порядке выступов и впадин, имеющих форму одинаковых правильных треугольных пирамид с углом между ребрами при вершине, равным 110 град.
Недостатком этого изобретения является то, что углы наклона к горизонту сторон гофр не позволяют получить высокий КПД коллектора из-за падения солнечных лучей по скользящей линии вдоль половины площади лучепоглощающей поверхности, и сложность изготовления такой поглощающей поверхности.
Известен солнечный коллектор [И.А. Марченков, Е.А. Шатун, Н.Н. Курзин, Л.А. Дайбова. Солнечный коллектор, Патент №2685753, F24S 10/55, F24S 40/40, F24S 60/10], содержащий теплоизолирующий корпус, секционный с каналами для циркуляции теплоносителя радиатор-конвектор, на котором технологично образованы ребра-концентраторы с нанесением селективного поглощающего покрытия черного цвета, два двухкамерных стеклопакета с селективным покрытием, емкости с фазопереходным веществом, горизонтальные и вертикальные тепловоспринимающие распорки и заглушки, при этом на внешнем ребре-концентраторе, расположенном под вертикальными тепловоспринимающими распорками, установлены симметрично магнитострикционные излучатели с частотой колебаний не более 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,09 мм, соединенные с ультразвуковым генератором, а внутренняя поверхность вертикальных частей каналов радиатора-конвектора для циркуляции теплоносителя снабжена спиралеобразными ребрами.
Недостатками известного солнечного коллектора являются сложность конструкции, большие затраты, связанные с производством селективных покрытий и магнитострикционных излучателей.
Известен солнечный коллектор [Г.Ю. Князькин Солнечный коллектор. Патент №2126517], содержащий прозрачное защитное покрытие и поглотитель солнечной энергии, который выполнен в виде каналов, заполненных текучей средой и сообщенных с потребителем, заключенных в корпус с возможностью образования модулей, соединяемых между собой и формирования пространственной системы, повторяющей конфигурацию поверхности объекта, к которому коллектор прикрепляется. Корпус может быть выполнен из полипропилена. Защитное покрытие выполнено в виде двух перфорированных и гофрированных листов, расположенных над поглотителем солнечной энергии. Листы ориентированы таким образом, чтобы их впадины были обращены друг к другу, а выступы при этом контактировали между собой. Поглотитель выполнен из гофрированных листов, расположенных с возможностью соединения друг с другом и образования при этом каналов для движения текучей среды. Гофрированные листы выполнены прозрачными из полипропилена низкой пористости. Нижняя часть каналов выполнена с возможностью светопоглощения. В качестве примера предложен вариант, при котором внутренняя и/или наружная поверхность нижней части каналов выполнена со светопоглощающим покрытием. В другом варианте выполнения нижняя часть каналов выполнена из светопоглощающего материала, а верхняя часть каналов выполнена прозрачной. С целью повышения эффекта теплопоглощения текучей средой тепла с последующей отдачей тепловой энергии потребителю коллектор снабжен теплоизоляцией, расположенной между корпусом и каналами. Теплоизоляция может быть расположена также и с боковых сторон корпуса. Каналы с одной стороны сообщены с потребителем, а с другой стороны с источником подачи текучей среды, выполненным с возможностью регулирования подачи текучей среды в зависимости от температуры ее нагревания.
Недостатками этого изобретения являются сложность конструкции, так как поглотитель и защитное покрытие над поглотителем солнечной энергии выполнены в виде перфорированных и гофрированных листов, низкая экономичность и энергоэффективность из-за выполнения защитного покрытия из двух перфорированных и гофрированных листов.
Наиболее близкой по технической сущности является солнечный коллектор [Б.Д. Бабаев. «Солнечный коллектор», патент №2755860, F24S 10/80, Заявка 2020139356, 30.11.2020 г.], содержащий замкнутую оболочку, состоящую из круглой центральной поверхности и сопряженной с ней боковой цилиндрической поверхности выполненных из прозрачного однослойного или многослойного материала, основание выполнено из теплоизоляционного материала, внутри замкнутой оболочки расположена металлическая губка, в центре круглой центральной поверхности расположена труба для отвода горячего теплоносителя, например, воздуха, трубы для подачи холодного и отвода горячего теплоносителя (воздуха), соответственно, вентиль для регулирования подачи теплоносителя.
Недостатками данного солнечного коллектора являются сложность выполнения круглых цилиндрических боковых светопрозрачных стенок и ограничения, связанные с теплоносителем (лишь воздух) и формой коллектора (круглая).
Задача изобретения - упрощение формы и конструкции солнечного коллектора и расширение возможность использования и жидких теплоносителей.
Сущность изобретения заключается в том, что солнечный коллектор, содержащий замкнутую оболочку, состоящую из центральной поверхности, сопряженных с ней боковых поверхностей, внутри полностью заполненной металлической губкой, причем центральная поверхность имеет прямоугольную форму, боковые стенки могут быть выполнены из легкого металла с теплоизоляцией, трубки подвода и отвода жидкого или газообразного теплоносителя установлены на боковых стенках, а губка, которой заполнен коллектор, может быть выполнена в виде тонких стружек из алюминия, меди или биметалла.
На фиг. 1 показан солнечный коллектор, разрез; на фиг. 2 - то же, план; на фиг. 3 металлическая губка, выполненная в виде тонких металлических стружек.
Солнечный коллектор Бабаева (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) содержит замкнутую оболочку, состоящую из прямоугольной поверхности 1 выполненной из прозрачного материала и сопряженной с ней боковых поверхностей 2 и основания 3, выполнены из легкого металла с теплоизоляцией, внутри солнечный коллектор полностью заполнен металлической губкой 4, которая может быть выполнена в виде тонких стружек из алюминия, меди или биметалла, на боковых поверхностях 2 расположены трубки 5 и 6 для подвода и отвода теплоносителя, соответственно, вентиль 7 служит для регулирования подачи теплоносителя потребителю.
Коллектор работает следующим образом.
Нагреваемый теплоноситель подается через трубопровод 5 внутрь замкнутой оболочки солнечного коллектора, состоящего из центральной поверхности в форме прямоугольника 1 и сопряженных с ней боковыми поверхностями 2. Солнечные лучи, проникая через прозрачную центральную поверхность 1, поглощаются металлической губкой 4, выполненной из тонких металлических стружек, и нагревают теплоноситель в каналах губки, поступающий через подводящую трубку 5. Нагретый теплоноситель по каналам в металлической губке 4 поступает в трубку 6, расположенную на боковой поверхности солнечного коллектора, и далее подается через вентиль 7 потребителю. Теплоноситель может циркулироваться как естественным путем из-за разности плотности теплоносителя при разных температурах, так и принудительно насосом. Нагретый теплоноситель может подаваться и в бак-аккумулятор для энергоснабжения потребителя в периоды отсутствия солнечного излучения.
Солнечный коллектор отличается простотой конструкции, экономичностью, обладает большей поглотительной способностью солнечных лучей в металлической губке, дает возможность использования и жидкого и газообразного теплоносителя, снижает энергозатраты и материалоемкость.