Солнечный воздухонагревательный коллектор

Полезная модель относится к теплотехнике, а именно к солнечным низкотемпературным воздухонагревателям.
Известен солнечный воздухонагреватель (патент RU №134301, МПК F24J 2/24, 2013), содержащий корпус, светопрозрачное покрытие, теплопровод, теплоноситель в виде воздуха, корпус воздухонагревателя выполнен герметичным и с внутренней стороны изолирован негорючей теплоизоляцией с низкой степенью теплопроводности, теплопровод в верхней и нижней части корпуса герметично соединен с камерами ввода и вывода теплоносителя, при этом входное и выходное отверстие для теплоносителя расположены с тыльной стороны воздухонагревателя, а теплопровод выполнен в виде прямолинейных металлических труб, расположенных параллельно и герметично соединенных с камерами ввода и вывода теплоносителя.
Такая конструкция воздухонагревателя не позволяет полезно использовать все пространство внутри корпуса, так как металлические трубки теплопровода расположены па некотором расстоянии друг от друга. Достигаемая теплоносителем температура будет относительно не велика.
В качестве прототипа выбран солнечный воздухонагревательный коллектор» (а.с. СССР №1599627, МДК F24J 2/26), имеет корпус с входными и выходными патрубками, в котором на теплоизоляционной основе расположен поглотитель в виде волнистого шифера с поперечным размещением волн относительно воздушного потока, и прозрачную крышку; объем между шифером и прозрачной крышкой заполнен зачерненной металлической стружкой.
Известная конструкция не позволяет использовать теплоотдачу нижней поверхности шифера, что уменьшает его теплотехнические качества. Плотность потока солнечного излучения, падающего на поглотитель, не достаточна для эффективного преобразования в тепловую энергию.
Таким образом, недостатком этих солнечных коллекторов является низкая эффективность теплопередачи и недостаточное поступление солнечного излучения для осуществления нагрева воздуха до более высоких температур.
Задачей настоящей полезной модели является создание солнечного воздухонагревательного коллектора, который позволяет повысить коэффициент полезного действия поглотителя и теплоотдачу за счет увеличения площади съема тепла и концентрации светового потока.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что солнечный воздухонагревательный коллектор, включающий теплоизолированный короб, на дно которого уложен теплоизолирующий материал, поверх которого расположен двухслойный поглотитель, входное и выходное отверстия для воздуха, поглотитель разделен на секции с помощью перегородок, расположенных с двух сторон, в шахматном порядке, нижний слой поглотителя выполнен из металлического листа, покрытого светопоглощающим составом, дополнительно содержит два плоских зеркала, расположенных под углом, прикрепленных по обе стороны к корпусу коллектора, входное и выходное отверстия для воздуха размещены на торце корпуса коллектора сверху и снизу от поглотителя, верхний слой поглотителя выполнен из зачерненной медной проволоки.
Общими с прототипом признаками являются: теплоизолированный короб, на дно которого уложен теплоизолирующий материал, поверх которого расположен двухслойный поглотитель, входное и выходное отверстия для воздуха.
Отличительными признаками являются: поглотитель разделен на секции с помощью перегородок, расположенных с двух сторон, в шахматном порядке, нижний слой поглотителя выполнен из металлического листа, покрытого светопоглощающим составом, дополнительно содержит два плоских зеркала, расположенных под углом, прикрепленных по обе стороны к корпусу коллектора, входное и выходное отверстия для воздуха размещены на торце корпуса коллектора сверху и снизу от поглотителя, верхний слой поглотителя выполнен из зачерненной медной проволоки.
Совокупность существенных признаков обеспечивает:
плоские зеркала с двух сторон от корпуса коллектора позволяют увеличить плотность потока, падающего на абсорбер солнечного излучения, что способствует увеличению температуры нагрева абсорбера и, соответственно, воздушного потока, используемого в качестве теплоносителя,
прикрепленные к абсорберу в шахматном порядке с обоих его сторон металлические перегородки, например, в виде уголков, которые разделяют абсорбер на секции и наличие отверстий, соединенных с патрубками перекрывающих по высоте торец абсорбера, обеспечивающих при прохождении воздуха и обмывание поверхности абсорбера с обоих его сторон, позволяет более эффективно снимать тепло,
наряду с этим прогоняемый через коллектор воздух последовательно проходит по секциям коллектора, что увеличивает путь его прохождения и эффективность процесса нагрева.
выполнение второго слоя поглотителя шероховатым, например, путем расположения на ней зачерненной медной проволоки повышает площадь поглотителя.
Солнечный воздухонагревательный коллектор схематично представлен на чертежах, где на фиг. 1 показан вид сверху, на фиг. 2 - вид сбоку (вид А на фиг. 1).
Солнечный воздухонагревательный коллектор состоит из корпуса 1, выполненного из теплоизоляционного материала, на дно которого уложен теплоизолирующий материал, с боковыми стенками 2, днищем 3 и светопропускающей поверхностью 4. Для циркуляции воздуха используются входное и выходное отверстия 5, размеры которых превышают толщину абсорбера на порядок, размещенные на торце корпуса коллектора сверху и снизу от поглотителя. Эти отверстия на выходе заканчиваются патрубком 6, который соединяется с вентилятором при помощи гибкого воздуховода (на фиг. 1 не указано). Под светопропускающей поверхностью 4 расположен двухслойный поглотитель, выполненный с шероховатостью. Двухслойный поглотитель выполненный из металлического листа 7, покрытого светопоглощающим составом, и второго слоя из зачерненной медной проволоки 8. К поглотителю как сверху, так и снизу прикрепляются перегородки 9, например, уголки размером 20×20×1 мм, разделяющие всю площадь коллектора на отдельные камеры. С тыльной стороны перегородки опираются на днище 3 корпуса солнечного воздухонагревательного коллектора, а с фронтальной стороны поверх перегородок размещается светопропускающая поверхность 4. От размеров уголков 9 зависит высота боковых стенок 2 воздухонагревателя. Например, для указанных выше размеров уголков толщина корпуса коллектора не будет превышать 50 мм. От количества перегородок и размеров между ними будет зависеть количество камер и их объем, а также схема движения воздуха в камерах при нагнетании или заборе воздуха. К корпусу коллектора с двух противоположных сторон прикрепляются плоские зеркала 10, полностью или частично отражающие солнечные лучи на поверхность поглотителя. Прогоняемый через коллектор воздух омывает поглотитель с обоих его сторон последовательно перемещаясь по секциям от входящих к выходящим отверстиям с патрубками.
Принцип работы солнечного воздухонагревательного коллектора заключается в следующем. Прямое солнечное излучение и отраженное от плоских зеркал 10 через светопропускающую поверхность 4 проникает внутрь корпуса и нагревает двухслойный поглотитель. Патрубок 6 при помощи гибкого воздуховода соединяется с аналогичным патрубком вентилятора, который при своем включении откачивает или нагнетает воздух через камеры коллектора, создаваемые перегородками 9 внутри корпуса 1, и отверстия 5 в боковой стенке 2. При этом воздух омывает поглотитель как сверху, так и снизу, поэтому съем тепла за счет теплообмена происходит более эффективно. Теплоизолирующий материал на днище 3 внутри коллектора способствует уменьшению теплопотерь.
Нагретый воздух может быть использован в сушилках для сушки сельскохозяйственной продукции, а также для обогрева производственных помещений в солнечные дни.