СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Область техники
Полезная модель относится к гелиотехнике и предназначена для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию теплоносителя и может быть использована как основной или дополнительный нагреватель в системах отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных сооружений.
Уровень техники
Известен солнечный коллектор (см. RU 2258874 С2, 20.08.2005), который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента. Отдельный параллельный элемент теплопоглощающей панели выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, образующего трубу для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом, при этом его внешняя поверхность, на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью и на ней с двух продольных сторон выполнены внешние продольные ребра, плоскости которых параллельны плоскости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами. Известное решение может монтироваться непосредственно на каркасе сооружения и выполнять роль стены или крыши сооружения.
К недостаткам известного решения, в частности, относятся:
- дороговизна, за счет изготовления отдельных элементов из алюминиевого сплава;
- малая эффективность преобразования световой энергии солнца в тепловую энергию, обусловленная особенностями конструкции и применяемых материалов, в частности, большое расстояние между каналами теплоносителя;
- низкая теплоизоляция.
Известен солнечный коллектор (см. RU 48038 U1, 10.09.2005), содержащий корпус, в котором размещены теплопоглощающая панель и над ней прозрачная теплоизоляция, внутри корпуса размещена теплоизоляция нижней и боковых сторон теплопоглощающей панели. Теплопоглощающая панель выполнена из непрозрачного или полупрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету полимерного материала в виде плоской пластины с внутренними продольными каналами, причем теплопоглощающая панель с двух торцевых сторон, содержащих каналы, присоединена через продольные щели к коллекторным трубам, выполненным из теплостойкого пластика, прозрачная теплоизоляция выполнена из листового или сотового теплостойкого и стойкого к ультрафиолету прозрачного полимерного материала, а теплоизоляция внутри корпуса выполнена из вспененного материала с низкой теплопроводностью, покрытого со стороны, обращенной к теплопоглощающей панели, отражающей солнечное излучение фольгой. Корпус и крепежные элементы выполнены из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала, внутренняя воздушная полость солнечного коллектора, образованная в результате герметичного клеевого или сварного соединения прозрачной теплоизоляции и корпуса, сообщена с окружающей атмосферой с помощью перфорированных отверстий в корпусе солнечного коллектора.
К недостаткам известного решения, в частности, относятся:
- сложность конструкции;
- невозможность использования в качестве материала для стен или крыш зданий;
- трудоемкость изготовления.
В качестве наиболее близкого аналога принят солнечный коллектор (см. CN 101158513 А, 09.04.2008) включающей минимум одну монолитную светопроницаемую пластиковую панель с соединительными элементами, для соединения с другими панелями, внутри которой выполнены каналы для теплоносителя между двумя группами полостей, причем соседние полости в группе имеют одну общую стенку, входной и выходной коллекторы, а также теплоноситель. Известный солнечный коллектор может использоваться на крышах.
К недостаткам известного решения, в частности, относятся:
- малая эффективность использования площади панели, за счет наличия больших промежутков между каналами;
- малая эффективность преобразования энергии, за счет использования воды в качестве теплоносителя;
- низкая теплоизоляция;
- возможность использования коллектора только на крышах.
Раскрытие полезной модели
Предложенная полезная модель направлена на создание устройства, лишенного недостатков известных средств по преобразовании солнечной энергии в тепловую энергию теплоносителя. Техническим результатом предложенного решения является повышение эффективности преобразования световой энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя (повышение КПД), расширение функциональных возможностей и области применения при сохранении простой конструкции и технологии изготовления, повышение теплоизоляции.
Технический результат достигается в солнечном коллекторе, включающем минимум одну монолитную светопроницаемую пластиковую панель с соединительными элементами, для соединения с другими панелями, внутри которой выполнены каналы для теплоносителя между двумя группами полостей, причем соседние полости в группе имеют одну общую стенку, входной и выходной коллекторы, а также теплоноситель. При этом два соседних канала для теплоносителя имеют одну общую стенку, полости герметичны и заполнены аргоном, входной и выходной коллекторы, а также каналы выполнены с возможностью обеспечения одинакового пути прохождения теплоносителя по всем каналам от входа до выхода солнечного коллектора, а в качестве теплоносителя используется антифриз в виде геля или жидкости с диспергированными частицами наноуглерода, а также примесями в виде сажи и графена, составляющими ≈1% от теплоносителя.
В одном из вариантов передняя поверхность панели имеет прозрачное износостойкое покрытие и/или задняя поверхность панели имеет зеркальное покрытие.
В качестве наноуглерода могут использоваться углеродные нанотрубки.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - схематичный вид разреза предложенного устройства во фронтальной плоскости.
Фиг.2 - схематичный вид светопроницаемой пластиковой панели в горизонтальной плоскости.
Осуществление полезной модели
Солнечный коллектор (Фиг.1) состоит из светопроницаемой пластиковой панели 1, к которой присоединены входной 2 и выходной 3 коллекторы. На Фиг.2 показан разрез пластиковой панели 1 в горизонтальной плоскости. Светопроницаемая панель 1 содержит внутренний соединительный элемент 4 и наружный соединительный элемент 5, которые служат для соединения нескольких панелей 1 и образования из них массива. В светопроницаемой панели 1 выполнены первая 6 и вторая 7 группы полостей, а также каналы для теплоносителя 8.
Светопроницаемая пластиковая панель 1 имеет ячеистую структуру и изготавливается из пластика, такого как, например, поликарбонат, методом экструзии. При использовании поликарбоната на поверхность панели 1 дополнительно наносится слой, защищающий от ультрафиолетового излучения. Входной 2 и выходной 3 коллекторы так же могут быть выполнены из пластика. Выполненные таким образом панели 1 обеспечивают высокие прочностные и оптические свойства при небольшом весе готового изделия. В группы полостей 6 и 7 закачивают газ Аргон при давлении ≈0,1 атмосферы, после чего они герметизируются. Выполнение групп полостей 6 и 7, заполненных Аргоном, с двух сторон от каналов для теплоносителя 8, обеспечивают высокие теплоизолирующие свойства панели 1.
Повышение прочностных и теплоизолирующих характеристик предложенного солнечного коллектора, позволяет использовать его в качестве строительного или облицовочного материала для стен и крыш при возведении бытовых и промышленных сооружений.
Каналы для теплоносителя 8 выполнены таким образом, что два соседних канала имеют общую стенку. Данное выполнение позволяет максимально эффективно использовать всю площадь панели 1 для преобразования световой энергии в тепловую и, соответственно, повысить КПД солнечного коллектора.
Теплоносителем, в предложенном солнечном коллекторе, является антифриз в виде геля или жидкости с диспергированными частицами наноуглерода, а также примесями в виде сажи и графена, составляющими «1% от теплоносителя. В качестве наноуглерода могут использоваться углеродные нанотрубки (УНТ). Данный состав позволяет увеличить светопоглощающие свойства теплоносителя и обеспечить высокий коэффициент преобразования световой энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя, что значительно повышает КПД предложенного устройства. Кроме того, применение антифриза как основы теплоносителя позволяет использовать предложенный солнечный коллектор круглогодично, а в сочетании с высокими теплоизолирующими свойствами также в районах с пониженной среднегодовой температурой.
Для увеличения светопоглощающих свойств солнечного коллектора, на заднюю поверхность светопроницаемой пластиковой панели 1 может быть нанесен светоотражающий слой 9, который отражает непоглощенный теплоносителем световой поток обратно на теплоноситель.
Для повышения эксплуатационных характеристик предложенного устройства на внешнюю поверхность светопроницаемой пластиковой панели 1 может быть нанесен прозрачный износостойкий слой 10 выполненный, например, путем нанесения прозрачного эпоксидного лака.
При соединении множества панелей 1 и образования ими массива, для него могут быть использованы общие входной 2 и выходной 3 коллекторы.
Солнечный коллектор работает следующим образом. Поток солнечного излучения (Фиг.2) падает на переднюю поверхность панели 1 и, проходя через светопрозрачные стенки панели 1 и первую группу полостей 6, поглощается теплоносителем в каналах 8. Свет, не поглощенный теплоносителем, проходит дальше через вторую группу полостей 7 и, отражаясь от слоя 9, возвращается обратно для поглощения теплоносителем в каналах 8. На Фиг.1 показано движение теплоносителя в каналах 8. Входной 2 и выходной 3 коллекторы, а также каналы выполнены таким образом, что теплоноситель при движении от входа коллектора 2 до выхода коллектора 3 через каждый из каналов 7 проходит одинаковый путь. Данное выполнение коллекторов 2 и 3 позволяет обеспечить равномерный нагрев теплоносителя. Циркуляция теплоносителя через солнечный коллектор осуществляется либо с помощью насоса, либо естественным путем. Нагретый внутри панели 1 теплоноситель направляется в систему аккумулирования тепла или непосредственно потребителю.
Предложенный солнечный коллектор, помимо обеспечения горячего водоснабжения и отопления индивидуального использования (частные дома, коттеджи, дачные постройки), сельскохозяйственного, производственного назначения, может использоваться в качестве строительного или облицовочного материала для стен и крыш вышеупомянутых сооружений. Пластиковый солнечный коллектор является экологически чистым устройством по преобразованию световой энергии в тепловую.