ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР-СЭНДВИЧ

Полезная модель относится к области преобразования солнечной энергии в тепловую, с использованием последней на технологические и бытовые нужды населения. Может использоваться как основной или дополнительный нагреватель в системе горячего водоснабжения. Может применяться в системах с естественной (термосифонного типа) или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Известен плоский солнечный коллектор (патент RU №102768 F24J 2/46, F24J 2/24), содержащий теплопоглощающую панель, выполненную из прозрачного или непрозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала, имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета, прозрачную теплоизоляцию, выполненную из листа прозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала, имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета, и прикрепленную поверх теплопоглощающей панели внутреннюю теплоизоляцию, выполненную из вспененного материала с низкой теплопроводностью, внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели объединены в систему сообщающихся сосудов, образуя по меньшей мере два дополнительных канала поперек существующих, выполненных внутри листа теплопоглощающей панели и исполняющих функции коллекторных труб для возможности сквозной прокачки теплоносителя, при этом крайние продольные каналы теплопоглощающей панели используются в качестве дополнительной теплоизоляции, прозрачная теплоизоляция выполнена снаружи солнечного коллектора, кроме того, торцы листа теплопоглощающей панели и наружной прозрачной теплоизоляции герметизированы, а в теплопоглощающей панели выполнено не менее двух отверстий, в каждом из которых организован узел для подведения и стока нагреваемой жидкости, выполненный из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала.
Недостатками данного плоского солнечного коллектора являются:
1. Узлы подводки и стока воды выполнены в плоскости коллектора, что может снижать прочность коллектора и приводить к перегреву воды.
2. Установка подводки и стока воды в плоскости коллектора приводит к нарушению целостности и усложняет работы по замене рабочего органа коллектора.
3. Теплоизолятор абсорбера не защищен от механических повреждений и охлаждения наружным воздухом.
Наиболее близким аналогом к заявленному плоскому солнечному коллектору относится (патент RU №94676 F24J 2/24, F24J 2/46) плоский солнечный коллектор, состоящий из светопроницаемого прозрачного покрытия и абсорбера, выполненных из полимерного светопроницаемого материала с внутренними каналами, системы теплообмена, содержащей внутренние каналы абсорбера и герметично надетые на торцевые стороны листа абсорбера коллекторные трубы, отверстий, сообщающих внутренние полости с атмосферой, теплоизоляции абсорбера, светопроницаемое прозрачное покрытие выполнено с двух сторон абсорбера и отстоит от него по всей своей плоскости на расстояние, предотвращающее конвективный теплообмен между абсорбером и прозрачным покрытием, по периметру абсорбера и прозрачного покрытия расположено ограждение, между абсорбером и светопроницаемым покрытием равномерно расположены ограничивающие штифты с малой теплопроводностью, по наружному периметру солнечного коллектора герметично закреплен П-образный профиль с высотой полки, равной толщине коллекторной трубы и двойного листа прозрачного покрытия на расстоянии, обеспечивающем зазор между ограждением и полкой, достаточный для размещения теплоизоляции.
Недостатками данного плоского солнечного коллектора являются:
1. Низкая технологичность из-за установки на торцевые стороны листа абсорбера пластиковых коллекторных труб осуществляется с добавлением клея, что не позволяет заменить абсорбер с сохранением труб.
2. Коллектор имеет две рабочие поверхности, что увеличивает его мощность, но требует установки зеркальных концентраторов для облучения поверхности.
3. Абсорбер выполняется из листов поликарбоната с размером внутренних каналов 6-8 мм, что приводит к снижению пропускной способности коллектора.
Задача полезной модели - повышение технологичности конструкции плоского солнечного коллектора.
Поставленная задача решается за счет того, что плоский солнечный коллектор-сэндвич, состоящий из защитного, светопроницаемого прозрачного слоя, системы теплообмена, выполненный из полимерного светопроницаемого материала с внутренними каналами, системы теплообмена, содержащей внутренние каналы с абсорбером, на торцевые стороны которой герметично надеты коллекторные трубы с силиконовым уплотнителем, обеспечивающим водонепроницаемость, теплоизоляцией системы теплообмена, герметично закрепленного П-образного профиля, изготовленного из полимерного материала с малой теплопроводимостью. Защита от потери тепла с поверхности системы теплообмена выполнена с одной стороны из светопроницаемого прозрачного покрытия, изготовленного из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм. Система теплообмена из светопроницаемого прозрачного покрытия изготовлена из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм с абсорбером. Абсорбер выполнен из ПВХ-пленки черного цвета, покрывающей внутреннюю сторону листа сотового поликарбоната системы теплообмена. За системой теплообмена с абсорбером установлен теплоизолятор, выполненный из вспененного утеплителя с отражающим слоем толщиной 6 мм, отражающий слой которого направлен к системе теплообмена. За теплоизолятором установлен лист сотового поликарбоната с размером каналов 6 мм.
Новые существенные признаки:
1. Защитное светопроницаемое прозрачное покрытие выполнено с одной стороны системы теплообмена, изготовленное из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм;
2. Система теплообмена изготовлена из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм с абсорбером, выполненным их ПВХ-пленки черного цвета, покрывающей внутреннюю сторону листа сотового поликарбоната системы теплообмена;
3. Установлен теплоизолятор, выполненный из вспененного утеплителя с отражающим слоем толщиной 6 мм, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена;
4. Установлен лист сотового поликарбоната за теплоизолятором с размером каналов 6 мм.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат
Повышение технологичности монтажа и эксплуатации плоского солнечного коллектора-сэндвича, обусловлены:
Возможностью замены изношенной или поврежденной системы теплообмена коллектора, за счет ее герметизации в коллекторных трубах силиконовыми уплотнителями вместо клея.
Увеличенной, в 1,5-2 раза, пропускной способностью системы теплообмена, выполненной из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм.
Обеспечением снижения потерь тепла с поверхности системы теплообмена за счет установки защитного покрытия, выполненного из светопроницаемого прозрачного покрытия, изготовленного из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм.
Применением вспененного утеплителя с отражающей поверхностью для утепления системы теплообмена с абсорбером, позволяет уменьшить толщину коллектора.
Использованием коллекторных труб как элементов крепления коллектора на различных поверхностях, без внесения дополнительных изменений в конструкцию коллектора.
Лист сотового поликарбоната с размером каналов 6 мм устанавливается за теплоизолятором для обеспечения дополнительной теплоизоляции и прочности конструкции всего плоского солнечного коллектора-сэндвича, а также защиты теплоизолятора от воздействия окружающей среды.
На Фиг. 1 изображен общий вид плоского солнечного коллектора-сэндвича.
На Фиг. 2 изображены проекции плоского солнечного коллектора-сэндвича.
Плоский солнечный коллектор-сэндвич, состоящий из защитного светопроницаемого прозрачного слоя 1 системы теплообмена 2, выполненного из полимерного светопроницаемого материала с внутренними каналами, системы теплообмена 2, содержащей внутренние каналы с абсорбером 3, на торцевые стороны которой герметично надеты коллекторные трубы 4, теплоизоляции 5 системы теплообмена 2, герметично закрепленного П-образного профиля 6, изготовленного из полимерного материала с малой теплопроводимостью. Защитное светопроницаемое прозрачное покрытие 1 выполнено с одной стороны системы теплообмена 2, изготовленное из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм. Система теплообмена 2 изготовлена из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм с абсорбером 3, выполненным их ПВХ-пленки черного цвета, покрывающей внутреннюю сторону листа сотового поликарбоната системы теплообмена 2, торцы которого закреплены в коллекторных трубах 4. Водонепроницаемость соединения обеспечена силиконовым уплотнителем 7. За системой теплообмена 2 с абсорбером 3 установлен теплоизолятор 5, выполненный из вспененного утеплителя с отражающим слоем толщиной 6 мм, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена 2. За теплоизолятором 5 установлен лист сотового поликарбоната 8 с размером каналов 6 мм для обеспечения дополнительной теплоизоляции и прочности конструкции всего плоского солнечного коллектора-сэндвича, а также защиты теплоизолятора от воздействия окружающей среды. Входным отверстием 9 коллектора принято считать отверстие коллекторной трубы 4, при монтаже установленной внизу. Выходным отверстием 10 коллектора принято считать отверстие коллекторной трубы 4, при монтаже установленной вверху.
Работа плоского солнечного коллектора-сэндвича.
Вариант использования плоского солнечного коллектора-сэндвича в системе с естественной (термосифонной) циркуляцией воды:
2
В данном варианте использования необходимым условием работы системы является расположение бака накопителя (на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показан) выше выходного отверстия 10 коллектора. Крепление коллектора выполняется за коллекторные трубы 4. Под воздействием солнечной радиации абсорбер 3, черная ПВХ-пленка, покрывающая заднюю стенку системы теплообмена 2, разогревается до 65-85°С. Происходит нагрев задней стенки и внутренних каналов системы теплообмена 2. Холодная вода поступает из бака накопителя по системе труб (на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показаны) к нижнему входному отверстию 9 коллектора. По принципу сообщающихся сосудов вода равномерно заполняет весь объем внутренних каналов системы теплообмена 2 коллектора. Система теплообмена 2 коллектора, выполненная из листа поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм, площадью 0,5 м, способна единовременно прогревать объем воды, равный пяти литрам. Вследствие соприкосновения с нагретыми частями системы теплообмена 2 вода начинает прогреваться. Плотность нагретой воды уменьшается. Нагретая вода самотеком поступает в верхнюю часть системы теплообмена 2, затем через выходное отверстие 10 коллекторной трубки 4 по системе труб поступает в верхнюю часть бака накопителя, а ее место занимает холодная вода, имеющая большую плотность. Циркуляция воды продолжается до момента, пока система не достигнет температурного равновесия. Потеря тепла с поверхности системы теплообмена 2 коллектора снижается за счет установки защитного покрытия 1, выполненного из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм. Принцип работы защитного покрытия 1 - это создание воздушной прослойки нагретого воздуха между атмосферным воздухом и передней стенкой системы теплообмена 2. Для обеспечения жесткости конструкции коллектора и исключения его деформации под воздействием тепла и веса воды за теплообменником устанавливается лист сотового поликарбоната 8 с размером каналов 6 мм. Также лист сотового поликарбоната 8 и П-образный профиль 6 выполняют роль защиты теплоизолятора 5 и системы теплообмена 2 от внешних воздействий окружающей среды.
Вариант использования плоского солнечного коллектора-сэндвича в системе с принудительной циркуляцией воды:
2
В системах с принудительной системой циркуляции установка коллектора допускается выше бака накопителя (на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показан). Крепление коллектора выполняется за коллекторные трубы 4. Под воздействием солнечной радиации абсорбер 3, черная ПВХ-пленка, покрывающая заднюю стенку системы теплообмена 2, разогревается до 65-85°С. Происходит нагрев задней стенки и внутренних каналов системы теплообмена 2. Холодная вода поступает из бака накопителя по системе труб (на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показаны) к нижнему входному отверстию 9 коллектора. Под воздействием давления, создаваемого водяным насосом (на Фиг. 1 и Фиг. 2 не показан), вода равномерно заполняет внутренний объем внутренних каналов системы теплообмена 2 коллектора. Система теплообмена 2 коллектора, выполненная из листа поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм, площадью 0,5 м, способна единовременно прогревать объем воды, равный пяти литрам. Вследствие соприкосновения с нагретыми частями системы теплообмена 2 вода начинает прогреваться. Нагретая вода под давлением, создаваемым водяным насосом, поступает в верхнюю часть системы теплообмена 2, затем через выходное отверстие 10 коллекторной трубки 4 по системе труб поступает в нижнюю часть бака накопителя, тем самым обеспечивается диффузный теплообмен. Циркуляция воды зависит только от режима работы водяного насоса. Данный вариант использования солнечного коллектора позволяет обеспечить большую производительность системы и снижает теплопотери в системе в ночное время, исключая рассевание тепла через коллектор. Потеря тепла с поверхности системы теплообмена 2 коллектора снижается за счет установки защитного покрытия 1, выполненного из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм. Принцип работы защитного покрытия 1 - это создание воздушной прослойки нагретого воздуха между атмосферным воздухом и передней стенкой системы теплообмена 2. Для обеспечения жесткости конструкции коллектора и исключения его деформации под воздействием тепла и веса воды за теплообменником устанавливается лист сотового поликарбоната 8 с размером каналов 6 мм. Также лист сотового поликарбоната 8 и П-образный профиль 6 выполняют роль защиты теплоизолятора 5 и системы теплообмена 2 от внешних воздействий окружающей среды.