ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА

Полезная модель относится к теплоэнергетике и гелиотехнике. В частности - используется как элемент солнечной энергетической установки, преобразующей энергию излучения солнца в тепловую энергию для горячего водоснабжения, отопления и кондиционирования воздуха в зданиях и сооружениях.
Известна панель солнечного коллектора, содержащая корпус коллектора с теплообменным каналом, в который выходят тепловые стержни вакуумных тепловых труб (). Вакуумная тепловая труба представляет собой пустотелую круглую трубу с двойными стенками, сделанную из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла, покрытого изнутри специальным селективным покрытием (A1-N/A1), которое обеспечивает поглощение тепла с минимальным отражением. В каждую вакуумированную трубу встроен медный тепловой стержень. Тепловой стержень представляет собой полый медный цилиндр, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части (конденсатором). Вакуумированное пространство позволяет практически полностью устранить теплопотери. Для поддержания вакуума между стенками тепловой трубы используется бариевый газопоглотитель. Протекающий через коллектор теплоноситель забирает тепло от теплового стержня. Селективное покрытие также является четким визуальным индикатором состояния вакуума. Когда вакуум исчезает, цвет селективного покрытия (бариевого слоя) из серебряного становится белым. Это дает возможность легко определить, исправна ли труба. Благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температур на работу тепловых труб незначительно. Стеклянные вакуумные трубы укладывают параллельно; угол наклона панели зависит от географической широты данного места. Тепловые трубы круглые, следовательно, количество солнечного излучения, попадающего на панель коллектора, остается довольно постоянным с середины утра до середины дня. Благодаря этому общее количество поглощаемого солнечного излучения возрастает. Более того, угол падения солнечных лучей всегда перпендикулярен поверхности труб, и отражение, таким образом, уменьшается.
Недостатки приведенной конструкции заключаются в том, что площадь сечения теплового стержня мал, поэтому и КПД вакуумной тепловой трубы низок. Технология нанесения селективного слоя на поверхность тепловой трубы сложная, требующая применения дорогостоящего оборудования. Панель солнечного коллектора невозможно строго ориентировать на солнце в соответствие с широтой данного региона.
Известна также панель солнечного коллектора, содержащая тепловую вакуумную трубу с тепловым стержнем «Heat Pipe», которую по своим конструктивным признакам можно выбрать в качестве прототипа. Внутри прозрачной вакуумной трубы установлена плоская поглощающая пластина с алюминиевыми ребрами, соединенная с тепловым стержнем (_tubes_types.htm). Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловым стержнем максимальна. Такая конструкция обеспечивает максимальную передачу тепла к медному тепловому стержню, а потом воде теплопровода. Медный тепловой стержень внутри полый, вакуумированный, и содержит неорганическую нетоксичную жидкость, испаряющуюся даже при температуре около 25-30 гр. Цельсия. При нагревании жидкости образовавшийся пар поднимается к наконечнику (конденсатору) теплового стержня, где тепло отдается воде или антифризу, которая течет по теплообменному каналу корпуса коллектора. Отдав тепло, пар конденсируется и стекает обратно вниз по тепловому стержню, где процесс повторяется сначала.
Недостаток приведенной панели солнечного коллектора заключается в том, что поглощающая пластина не поворачивается вокруг своей оси, т.е. поверхность пластины всегда направлена в одну сторону и не позволяет ориентировать ее под оптимальным углом к лучам солнца; вследствие неплотного прилегания пластины к поверхности теплового стержня возможны тепловые потери. Технология нанесения селективного слоя на поверхность тепловой трубы сложная и дорогостоящая.
Техническая задача, решаемая с помощью предлагаемой полезной модели, заключается в увеличении КПД солнечного коллектора.
Для достижения этой цели тепловой стержень вместе с поглощающей пластиной (выполнена из того же материала, что и тепловой стержень) выполнены с возможностью проворачивания вокруг своей оси. Это дает возможность ориентировать поверхность поглощающей пластины перпендикулярно лучам солнца для увеличения теплоотдачи, или же параллельно солнечным лучам для уменьшения теплоотдачи. Промежуток между тепловым стержнем и поглощающей пластиной заполнен теплопроводной пастой (например, КПТ-1), способствующей максимальной передаче тепла от поглощающей пластины к тепловому стержню. С целью повышения коэффициента поглощения излучения солнца, селективное покрытие нанесено не на внутреннюю поверхность тепловой трубы, как в прототипе, а непосредственно на одну из поверхностей теплопоглощающей пластины. Противолежащая поверхность теплопоглощающей пластины снабжена теплоотражающим покрытием.
Конструкция панели солнечного коллектора приведена на фигуре.
Конструкция включает пустотелую вакуумную тепловую трубу 1 из боросиликатного стекла без селективного покрытия, в полости которой соосно установлен медный тепловой стержень 2 с конденсатором 3 и поглощающей пластиной 4. Торец тепловой трубы закрыт пробкой 5, через которую проходит тепловой стержень. Конденсатор 3 сообщается с теплообменным каналом 6 корпуса коллектора 7. С двух сторон конденсатор теплового стержня снабжен уплотнителями 8 и 9. Уплотнители предназначены для предотвращения протечки через щели жидкого теплоносителя, протекающего по теплообменному каналу 6. Конденсаторы снабжены стойками 10, выполненными из нетеплопроводного материала и проходящими через уплотнители 9. На стойках неподвижно закреплены рычаги 11, связанные шарнирно с тягой 12.
Панель солнечного коллектора работает следующим образом:
Панель солнечного коллектора в собранном виде устанавливают на скате крыши здания, ориентированной в южном направлении. Если плоскость ската крыши не ориентирована в направлении север-юг, то производят корректировку азимута вращением тепловых стержней с поглощающими пластинами до расчетного угла. Тепловые стержни проворачиваются вокруг своей оси приводом путем передвижения тяги 12 вдоль коллектора 7. При этом поступательное движение тяги приводит во вращение рычаги 11 и связанные с ними тепловые стержни 2 с поглощающими пластинами. При нагревании тепло от поглощающих пластин передается тепловым стержням 2. Находящаяся в тепловом стержне жидкость закипает и в парообразном состоянии поднимается к наконечнику (конденсатору) 3 теплового стержня, где тепло отдается теплоносителю (например, воде или антифризу), которая течет по теплообменному каналу 6 в корпусе коллектора 7. Отдав тепло, пар конденсируется и стекает обратно вниз по тепловому стержню, где процесс повторяется сначала.