СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Полезная модель относится к солнечной энергетике, в частности, к солнечным коллекторам, и предназначено для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения, и относится к перспективным направлениям новых технологических решений и приоритетным направлением развития науки и техники РФ.
Известен также солнечный коллектор (патент RU 2250422, МПК F24J 2/42, F24J 2/24, опубликован 2005.04.20), имеющий аналогичные составные части, но металлические параллельные трубы теплопоглощающей панели впрессованы в металлический лучепоглощающий лист, расположены вдоль коротких сторон листа и соединены между собой трубами, расположенными вдоль длинных сторон листа. При таком расположении нагревательных труб возможен недостаточный нагрев теплоносителя, поскольку теплоноситель будет находится в нагревательных трубах меньшее время, чем при расположении их вдоль длинных сторон. В такой ситуации возможно неполное использование поверхности тепловосприятия.
Известен солнечный коллектор (патент RU 2330217, МПК F24J 2/04 (2006.01) опубликован 2008.07.27), имеющий аналогичное строение, коллектор-распределитель из цветных металлов с подсоединением его к теплособирающим трубкам, основным достоинством которого является снижение себестоимости, трудоемкости изготовления и сборки. Недостатком известного аналога является то, что возможны значительные потери тепла в атмосферу от коллекторов-распределителей, поскольку они не помещены в защитный экран, и находятся отдельно в силу конструктивных особенностей. Кроме того, в известных аналогах нет решения для устройства, собирающего солнечную энергию в утренние и вечерние часы.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по совокупности признаков является конструкция солнечного коллектора, указанная в патенте RU 2265162, МПК F24J 2/24, F24J 2/46 опубликован 2005.11.27. Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью является конструкция, содержащая корпус с прозрачным остеклением, тыльную теплоизоляцию, прозрачное остекление и поглотитель в виде ряда нагревательных труб, а также входным и выходным сборными коллекторами для входящего и выходящего теплоносителя.
Недостатком аналога является сложность конструкции и отсутствие замены отдельных элементов, поскольку лучепоглощающий лист типа «труба в листе» в основном изготавливается в заводских условиях, а также относительно низкую теплопроизводительность из-за возможных потерь через прозрачное остекление и в отводящем коллекторе.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель является простота изготовления, улучшение теплофикационных свойств, что позволит эффективно использовать плоский солнечный коллектор в условиях с низкими температурами наружного воздуха и большим диапазоном колебаний суточных температур, что характерно в сибирских условиях.
Технический результат полезной модели заключается в достижении возможности максимально использовать сбор солнечного излучения в утренние и вечерние часы, когда солнце направлено под небольшими углами к поглощающей панели и максимально увеличить тепловую инерционность коллектора. Установка состоит из корпуса, лучепоглощающей панели с припаянными нагревательными трубами, общих сборных коллекторных труб для подвода и отвода нагреваемого теплоносителя, прозрачного светопропускающего покрытия и утеплителя с низкой теплопроводностью и служит для сбора солнечной энергии и трансформации ее в тепловую.
Устройство может быть установлено как на земле, так и на различных частях жилых домов, общественных зданий и промышленных сооружений, а также быть интегрировано в строительную конструкцию для снижения теплопотерь и теплотехнических требований к сооружениям ограждающих конструкций.
Кроме того, технический результат достигается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус с прозрачным остеклением и тыльной теплоизоляцией, поглотитель, выполненный из лучепоглощающего листа и ряда нагревательных труб, соединенных между собой входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, согласно изобретению, лучепоглощающий лист закреплен в корпусе над теплоизоляцией с образованием над ней дополнительного слоя воздушной прослойки, которая позволяет повысить теплосберегающий эффект тыльной изоляции, что позволит повысить тепловую инерционность конструкции, а нагревательные трубы напаяны на лучепоглощающем листе и покрыты селективным покрытием, при этом, в качестве лучепоглощающего листа используется лист, обладающий лучепоглощательной и излучающей способностью, при этом, по боковым сторонам внутри корпуса коллектора выполнена отражающая и фокусирующая поверхность. Прозрачное светопропускающее покрытие выполнено двухслойным в виде двух однокамерных стеклопакетов, состыкованных между собой торцами, межстекольное пространство которых заполнено инертным газом. На внутреннюю поверхность наружного стекла стеклопакетов нанесено низкоэмиссионное теплосберегающее покрытие, отражающее длинноволновое излучение в плоскость коллектора. Профиль стеклопакета выполнен и пластика, что способствует уменьшению теплопотерь через прозрачное светопропускающее покрытие и улучшает теплотехнические характеристики солнечного коллектора.
Напаивание нагревательных труб на лучепоглощающий лист позволяет осуществлять сбор солнечных лучей на малых углах подъема солнца к горизонту, поскольку максимальный теплосбор осуществляется при падении солнечных лучей на поверхность под углом 90 градусов. В заявляемой конструкции теплосборные трубы выполнены таким образом, что плоскость к направлению падения солнечных лучей всегда составляет 90 градусов.
Закрепление лучепоглощающего листа в корпусе над теплоизоляцией с образованием воздушной прослойки позволяет уменьшить теплопотери, увеличить теплоустойчивость конструкции и ее теплоинерционность, то есть снижает быстрое охлаждение в вечернее время.
Установка в конструкции фокусирующих и отражающих элементов вдоль нагревательных труб позволяет дополнительно собрать утренние и вечерние солнечные лучи.
Поглощающая панель выполнена в виде соединенных между собой сборными коллекторами медных трубок, припаянных на алюминиевый лист. Все соединения выполнены резьбовыми, что дает возможность изменения конфигурации приемных коллекторов без замены всей поглощающей панели и способствует снижение трудоемкости изготовления и сборки. Поскольку медные трубки припаяны к алюминиевому листу сверху, при этом увеличивается площадь попадания перпендикулярных лучей при небольшом подъеме солнца над горизонтом, и появляется возможность эффективно собирать утренние и вечерние лучи, кроме того, для увеличения сбора солнечной энергии добавлены дополнительные фокусирующие элементы в боковых частях конструкции.
Передача тепла теплоносителю от лучепоглощающего листа и нагревательных труб осуществляется трансмиссией тепла - теплопроводностью. Но известно, что в процессе преобразования солнечных лучей в плоскости коллектора, возникает излучение поверхности лучепоглощающей панели. В заявляемой конструкции трубы расположены сверху панели и поэтому возможен дополнительный приход тепла излучением к нагревательным трубам от лучепоглощающей панели. В этих целях селективное покрытие нанесено только на трубы. Поскольку конструкция закрыта стеклопакетом с повышенными теплоизолирующими свойствами и селективным покрытием, «утечек» тепла излучением наружу не происходит.
Подводящие и отводящие коллекторы теплоизолированы кольцевой изоляцией на выходе из коллектора и вне объема коллектора дополнительно помещены в теплоизолирующий слой «скорлупки» из пенополиуретана.
Конструкция в заявляемом объекте дает простоту изготовления вне заводских условий, и снижение трудоемкости изготовления и сборки.
Для повышенных теплоизолирующих свойств тыльной теплоизоляции предусмотрен специальный утепляющий слой на основе вакуумных включений с низкой теплопроводностью, наносимый толщиной в несколько миллиметров на лучепоглощающий лист со стороны теплоизоляции, который позволит снизить теплопотери через заднюю и боковые стенки коллектора. Тыльная теплоизоляция выполнена из слоя пенопласта или другого материала с повышенными теплозащитными свойствами. В боковых стенках корпуса коллектора по всей высоте тоже предусмотрен слой теплоизоляции для уменьшения теплопотерь через боковые стенки.
Предусмотрена паро- и влагоизоляция всех стыков корпуса, наружная поверхность которого покрыта влагозащитным слоем.
Полезная модель поясняется чертежами, где, на фиг.1 представлен вид сверху солнечного коллектора, на фиг.2 продольный разрез по линии Б-Б, на фиг.3 поперечный разрез по линии А-А.
Солнечный коллектор содержит корпус 1 из древесины, выполненный в виде прямоугольного короба, закрытого прозрачным остеклением 2, представляющим собой лучепропускающий слой, служащий прозрачной изоляцией с низкоэмиссионным покрытием. С обратной стороны корпуса расположена тыльная изоляция 3, предназначенная для уменьшения теплопотерь с тыльной стороны коллектора. Внутри корпуса 1 установлен поглотитель, выполненный из лучепоглощающего листа 4 и ряда нагревательных труб 5, соединенных между собой входным и выходным коллекторными патрубками 6 для подвода и отвода теплоносителя и изолированными слоем 7 на входе и выходе из коллектора. Лучепоглощающий лист 4 закреплен над тыльной изоляцией 3 на опорных элементах 8 с образованием воздушной прослойки 9. Прозрачное остекление 2 закреплено на опорных элементах 10. В плоскости коллектора вдоль нагревательных труб 5 расположены фокусирующие элементы 11. Для уменьшения телопотерь на поверхность лучепоглощающего листа нанесен жидкий теплоизолирующий слой 12 на основе вакуумных включений.
Устройство работает следующим образом
Световые солнечные лучи (коротковолновое излучение), попадая на поверхность коллектора, проходят через прозрачную изоляцию, и падая на лучепоглощающий лист с напаянными на него трубами трансформируются в длинноволновое тепловое излучение, которое поглощается теплоносителем, проходящим по нагревательным трубам. Теплоноситель, нагреваясь, циркулирует под действием динамического давления или при помощи насоса.
Поскольку на внутреннюю поверхность одного из слоев двухслойного прозрачного остекления нанесено селективное покрытие, предотвращающее выход тепла наружу, а между прозрачными слоями помещен инертный газ, теплопотери прозрачной изоляции минимальны. Сверху на лучепоглощающий лист напаяны нагревательные трубы, что позволяет более полно использовать теплоотдачу излучением, и снизу он покрыт жидким теплоизолирующим слоем на основе вакуумных включений, что уменьшает теплопотери тыльной стороны. Лучепоглощающий лист закреплен над тыльной изоляцией на опорных элементах с образованием воздушной прослойки - дополнительного слоя теплоизолятора. Нагревательные трубы расположены вдоль длинных сторон коллектора, что позволяет более длительное нахождение теплоносителя в трубах и его больший нагрев. В начале и в конце дня при малых углах подъема солнца к горизонту предусмотрены фокусирующие элементы для сбора солнечной радиации, которые отражают попадающие лучи под небольшим наклоном к горизонту на нагревательные трубы.