СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к гелиоэнергетическим установкам с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя и может быть использована в различных областях хозяйственной деятельности для нагрева воды или промежуточного теплоносителя.
Известен солнечный коллектор (патент RU 48038 U1 F24J 2/46, опубл. 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. Теплопоглощающая панель присоединена с двух торцевых сторон, содержащих каналы, через продольные щели к коллекторным трубам, выполненным из теплостойкого пластика, с помощью клеевого или сварного соединения с возможностью сквозной прокачки теплоносителя. 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.
Однако указанный солнечный коллектор имеет следующие недостатки:
- наличие корпуса увеличивает вес конструкции и стоимость изделия, а также не дает возможности значительного увеличения площади полезной поверхности солнечного коллектора, так как прозрачное ограждение, незакрепленное в центральной части солнечного коллектора, не может противостоять действующим ветровым нагрузкам;
- наличие протяженного шва в местах соединения теплопоглощающей панели и коллекторных труб, соединенных через продольные щели с помощью клеевого или сварного соединения, из-за разницы температурных коэффициентов линейного расширения не смогут долго сохранять герметичность, что приведет к неизбежным затратам на ремонт или полному выходу из строя теплопоглощающей панели;
- расположенные в боковых частях солнечного коллектора торцы коллекторных труб не дают возможности значительного увеличения площади полезной поверхности солнечного коллектора, а также не позволяют соединять солнечные коллекторы в непрерывные блоки для получения солнечной энергии на площади большой протяженности.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание солнечного коллектора облегченной конструкции, оптимально вписывающейся в конструкцию зданий, не нанося ущерб дизайну зданий, позволяющей противостоять действующим ветровым нагрузкам и обеспечивающей создание блочной конструкции с образованием беззазорного покрытия для увеличения площади полезной поверхности, скорости нагрева и объема нагреваемой жидкости в единицу времени.
Технический результат - надежность конструкции, экономия материалов, снижение себестоимости изделия, простота изготовления, монтажа, обслуживания и ремонта, увеличение скорости нагрева и объема нагреваемой жидкости в единицу времени, получение солнечной энергии на площади большой протяженности.
Отличительными особенностями вариантов предлагаемого устройства является отсутствие корпуса, применение которого связано с дополнительными материальными, техническими и технологическими издержками и отсутствие коллекторных труб, функции которых исполняют дополнительные каналы, выполненные внутри теплопоглощающей панели. Необходимая жесткость конструкции обеспечивается применением специальных крепежных элементов и организацией возможности дополнительного крепления солнечного коллектора, позволяя противостоять действующим ветровым нагрузкам. Предлагаемый солнечный коллектор можно использовать в качестве:
- основного или дополнительного покрытия кровли;
- декоративного стенового покрытия;
- дополнительного элемента витражей или оконных систем;
- конструктивного элемента теплиц;
- элемента ограждений (заборов);
- самостоятельного устройства.
Продолжительность использования солнечных коллекторов зависит от необходимости круглогодичного или сезонного использования и элемента, в качестве которого он применяется. Например, при сезонном использовании солнечного коллектора можно отказаться от использования наружной теплоизоляции. При использовании солнечного коллектора в качестве конструктивного элемента теплиц, оконной или витражной конструкции исключается необходимость использования внутренней теплоизоляции. А при сезонном использовании солнечного коллектора в качестве конструктивного элемента теплиц, оконной или витражной конструкции нет необходимости в использовании наружной и внутренней теплоизоляции. Отсутствие в конструкции указанных элементов, а также корпуса значительно снизит стоимость изделия. В связи с этим, для решения поставленной задачи и достижения технического результата разработаны четыре варианта конструкции солнечного коллектора.
Вариант №1. В солнечном коллекторе, содержащем 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, согласно полезной модели, внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели объединены в систему сообщающихся сосудов, образуя, по меньшей мере, два дополнительных канала поперек существующим, 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.
Внутренняя теплоизоляция выполнена из вспененного рулонного пенополиэтилена.
Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости может быть выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой.
Вариант №2. В солнечном коллекторе, содержащем теплопоглощающую панель, выполненную из прозрачного или непрозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала, имеющего внутренние продольные каналы, и стойкого к воздействию ультрафиолета, внутреннюю теплоизоляцию, выполненную из вспененного материала с низкой теплопроводностью, согласно полезной модели, внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели объединены в систему сообщающихся сосудов, образуя, по меньшей мере, два дополнительных канала поперек существующим, 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, кроме того торцы листа теплопоглощающей панели 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.
Внутренняя теплоизоляция выполнена из вспененного рулонного пенополиэтилена.
Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой.
Вариант №3. В солнечном коллекторе, содержащем 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, согласно полезной модели, внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели объединены в систему сообщающихся сосудов, образуя, по меньшей мере, два дополнительных канала поперек существующим, 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.
Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой.
Вариант №4. В солнечном коллекторе, содержащем теплопоглощающую панель, выполненную из прозрачного или непрозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала, имеющего внутренние продольные каналы, и стойкого к воздействию ультрафиолета, согласно полезной модели, внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели объединены в систему сообщающихся сосудов, образуя, по меньшей мере, два дополнительных канала поперек существующим, 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, кроме того торцы листа теплопоглощающей панели 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.
Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 представлен вариант №1 конструкции солнечного коллектора; на фиг.2 - вариант №2 конструкции солнечного коллектора; на фиг.3 - вариант №3 конструкции солнечного коллектора; на фиг.4 - вариант №4 конструкции солнечного коллектора.
1. Солнечный коллектор по варианту №1 (фиг.1) содержит теплопоглощающую панель 1, наружную прозрачную теплоизоляцию 2, внутреннюю теплоизоляцию 3, узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5. Теплопоглощающая панель 1 выполнена из прозрачного или непрозрачного (окрашенного) сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала («Карбогласс» или др.), имеющего внутренние продольные каналы, и стойкого к воздействию ультрафиолета. Внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 объединены в систему сообщающихся сосудов внутри листа сотового поликарбоната (без повреждения стенок листа), образуя дополнительные каналы (не менее двух), выполненные внутри листа теплопоглощающей панели 1 поперек существующим каналам для возможности сквозной прокачки теплоносителя, т.е. для протока жидкости поперек существующих каналов. Дополнительные каналы выполняют функцию наружных коллекторных труб. При этом крайние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 не используются для нагрева жидкости, а служат в качестве дополнительной теплоизоляции. Наружная прозрачная теплоизоляция 2 выполнена из листа прозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала («Карбоглаес» или др.), имеющего внутренние продольные каналы, и стойкого к воздействию ультрафиолета, размером не менее размера теплопоглощающей панели, и прикреплена поверх теплопоглощающей панели. Внутренняя теплоизоляция 3 выполнена из вспененного рулонного материала с низкой теплопроводностью, например, пенополиэтилена, и прикреплена к нижней поверхности теплопоглощающей панели. Торцы листа теплопоглощающей панели 1 герметизированы для недопущения протечек нагреваемой жидкости. Торцы листа наружной теплоизоляции 2 также герметизированы для защиты от атмосферной влаги. На фиг.1 герметизация обозначена поз.4. Часть каналов сотового поликарбоната, при соответствующей герметизации, может быть использована для крепления теплопоглощающей панели (при условии отсутствия деформации каналов для протока жидкости), благодаря чему приобретается дополнительная жесткость конструкции и возможность безкорпусного использования солнечного коллектора, что обеспечивает повышение надежности конструкции и экономию материалов. В теплопоглощающей панели 1 выполнено не менее двух отверстий диаметром, достаточным для поступления или стока нагреваемой жидкости, в каждом из которых организован узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5, выполненный из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала. Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5 может быть выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой, что позволяет осуществить подведение и сток нагреваемой жидкости.
В целях дополнительной экономии материалов и сокращения трудозатрат на монтаж, обслуживание и ремонт, теплопоглощающая панель 1 и наружная прозрачная теплоизоляция 2 могут быть выполнены в одном листе - из прозрачного или окрашенного двухслойного сотового поликарбоната. В этом случае функцию теплопоглощающей панели будет выполнять нижний слой листа сотового поликарбоната, а функцию наружной прозрачной теплоизоляцию - верхний слой листа сотового поликарбоната.
2. Солнечный коллектор по варианту №2 (фиг.2) содержит теплопоглощающую панель 1, внутреннюю теплоизоляцию 3, узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5. Теплопоглощающая панель 1 выполнена из прозрачного или непрозрачного (окрашенного) сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала («Карбогласс» или др.), имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета. Внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 объединены в систему сообщающихся сосудов внутри листа сотового поликарбоната (без повреждения стенок листа), образуя дополнительные каналы (не менее двух), выполненные внутри листа теплопоглощающей панели 1 поперек существующим каналам для возможности сквозной прокачки теплоносителя, т.е. для протока жидкости поперек существующих каналов. Дополнительные каналы выполняют функцию наружных коллекторных труб. При этом крайние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 не используются для нагрева жидкости, а служат в качестве дополнительной теплоизоляции. Внутренняя теплоизоляция 3 выполнена из вспененного рулонного материала с низкой теплопроводностью, например, пенополиэтилена, и прикреплена к нижней поверхности теплопоглощающей панели. Торцы листа теплопоглощающей панели 1 герметизированы для недопущения протечек нагреваемой жидкости. На фиг.2 герметизация обозначена поз.4. Часть каналов сотового поликарбоната, при соответствующей герметизации, может быть использована для крепления теплопоглощающей панели (при условии отсутствия деформации каналов для протока жидкости), благодаря чему приобретается дополнительная жесткость конструкции и возможность безкорпусного использования солнечного коллектора, что обеспечивает повышение надежности конструкции и экономию материалов. В теплопоглощающей панели 1 выполнено не менее двух отверстий диаметром, достаточным для поступления или стока нагреваемой жидкости, в каждом из которых организован узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5, выполненный из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала. Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5 может быть выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой, что позволяет осуществить подведение и сток нагреваемой жидкости.
3. Солнечный коллектор по варианту №3 (фиг.3) содержит теплопоглощающую панель 1, наружную прозрачную теплоизоляцию 2, узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5. Теплопоглощающая панель 1 выполнена из прозрачного или непрозрачного (окрашенного) сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала («Карбогласс» или др.), имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета.Внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 объединены в систему сообщающихся сосудов внутри листа сотового поликарбоната (без повреждения стенок листа), образуя дополнительные каналы (не менее двух), выполненные внутри листа теплопоглощающей панели 1 поперек существующим каналам для возможности сквозной прокачки теплоносителя, т.е. для протока жидкости поперек существующих каналов. Дополнительные каналы выполняют функцию наружных коллекторных труб. При этом крайние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 не используются для нагрева жидкости, а служат в качестве дополнительной теплоизоляции. Наружная прозрачная теплоизоляция 2 выполнена из листа прозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала («Карбогласс» или др.), имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета, размером не менее размера теплопоглощающей панели, и прикреплена поверх теплопоглощающей панели. Торцы листа теплопоглощающей панели 1 герметизированы для недопущения протечек нагреваемой жидкости. Торцы листа наружной теплоизоляции 2 также герметизированы для защиты от атмосферной влаги. На фиг.3 герметизация обозначена поз.4. Часть каналов сотового поликарбоната, при соответствующей герметизации, может быть использована для крепления теплопоглощающей панели (при условии отсутствия деформации каналов для протока жидкости), благодаря чему приобретается дополнительная жесткость конструкции и возможность безкорпусного использования солнечного коллектора, что обеспечивает повышение надежности конструкции и экономию материалов. В теплопоглощающей панели 1 выполнено не менее двух отверстий диаметром, достаточным для поступления или стока нагреваемой жидкости, в каждом из которых организован узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5, выполненный из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала. Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5 может быть выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой, что позволяет осуществить подведение и сток нагреваемой жидкости.
В целях дополнительной экономии материалов и сокращения трудозатрат на монтаж, обслуживание и ремонт, теплопоглощающая панель 1 и наружная прозрачная теплоизоляция 2 могут быть выполнены в одном листе - из прозрачного или окрашенного двухслойного сотового поликарбоната. В этом случае функцию теплопоглощающей панели будет выполнять нижний слой листа сотового поликарбоната, а функцию наружной прозрачной теплоизоляцию - верхний слой листа сотового поликарбоната.
4. Солнечный коллектор по варианту №4 (фиг.4) содержит теплопоглощающую панель 1 и узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5. Теплопоглощающая панель 1 выполнена из прозрачного или непрозрачного (окрашенного) сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала («Карбогласс» или др.), имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета. Внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 объединены в систему сообщающихся сосудов внутри листа сотового поликарбоната (без повреждения стенок листа), образуя дополнительные каналы (не менее двух), выполненные внутри листа теплопоглощающей панели 1 поперек существующим каналам для возможности сквозной прокачки теплоносителя, т.е. для протока жидкости поперек существующих каналов. Дополнительные каналы выполняют функцию наружных коллекторных труб. При этом крайние продольные каналы теплопоглощающей панели 1 не используются для нагрева жидкости, а служат в качестве дополнительной теплоизоляции. Торцы листа теплопоглощающей панели 1 герметизированы для недопущения протечек нагреваемой жидкости. На фиг.4 герметизация обозначена поз.4. Часть каналов сотового поликарбоната, при соответствующей герметизации, может быть использована для крепления теплопоглощающей панели (при условии отсутствия деформации каналов для протока жидкости), благодаря чему приобретается дополнительная жесткость конструкции и возможность безкорпусного использования солнечного коллектора, что обеспечивает повышение надежности конструкции и экономию материалов. В теплопоглощающей панели 1 выполнено не менее двух отверстий диаметром, достаточным для поступления или стока нагреваемой жидкости, в каждом из которых организован узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5, выполненный из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала. Узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5 может быть выполнен в виде стандартного резьбового фланца или стандартного резьбового штуцера (с помощью клеевого или сварного соединения), соединенного со стандартной резьбовой гибкой подводкой, что позволяет осуществить подведение и сток нагреваемой жидкости.
2
2
Организация дополнительных каналов для протока жидкости во всех вариантах конструкций солнечного коллектора позволяет использовать всю длину листа сотового поликарбоната для изготовления одной теплопоглощающей панели по площади равной 25 м (2,1 м×12 м) и располагать длинную часть листа горизонтально, что раньше было практически неосуществимо. Таким образом, при использовании одного солнечного коллектора площадью 25 м, выполненного из сотового поликарбоната с минимальным сечением 4 мм, объем постоянно нагреваемой жидкости составит 100 л. Применение сотового поликарбоната большего сечения даст, соответственно, больший объем жидкости, постоянно нагреваемой солнечными лучами. Поэтому такие солнечные коллекторы можно использовать не только в частной хозяйственной деятельности, но и в промышленном хозяйстве.
Предлагаемое конструктивное решение по любому из вариантов полезной модели позволяет объединять несколько солнечных коллекторов в блоки необходимой ширины, скрепляя солнечные коллекторы между собой при помощи стандартного крепления для сотового поликарбоната, образуя беззазорное покрытие (например, кровельное или стеновое покрытие здания или теплицы). При использовании блочного монтажа солнечных коллекторов появляется возможность получать солнечную энергию на площади большой протяженности.
Предлагаемый солнечный коллектор работает следующим образом. Подведение или сток жидкости осуществляют через узел для подведения и стока нагреваемой жидкости 5 (фиг.1-4), выполненный в виде фланцевого соединения. Жидкость поступает в теплопоглощающую панель 1 через выполненное в ней отверстие. Подачу жидкости в теплопоглощающую панель могут производить как с верхней, так и с нижней части панели, но для возможности слива жидкости из панели (при одноконтурной системе - для защиты от заморозков, или при устройстве автоматического слива жидкости из панели) подачу жидкости производят с нижней части панели, поэтому места расположения узлов для подведения и стока жидкости на чертежах показаны условно. Крайние продольные каналы теплопоглощающей панели не используют для нагрева жидкости, они служат в качестве дополнительной теплоизоляции. Подаваемая жидкость нагревается потоком солнечного излучения, проходящим через теплопоглощающую панель 1. Снимают нагретую жидкость с верхней части теплопоглощающей панели.
К достоинствам данного солнечного коллектора следует отнести: применение только стандартных комплектующих деталей (ни одной детали выполненной кустарным способом), надежность конструкции, простоту изготовления, монтажа, обслуживания и ремонта.
Предлагаемый солнечный коллектор является экологически чистым устройством преобразования падающего солнечного излучения в тепловую энергию.
Поскольку в настоящее время для нагрева воды для хозяйственных и промышленных нужд в основном используется углеводородное топливо, то широкое применение данного солнечного коллектора позволит существенно сократить сжигание углеводородов, что принесет значительный экономический и экологический эффект.