СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР

Полезная модель относится к гелиотехнике и может найти применение в системах горячего водоснабжения и теплоснабжения, например, индивидуальных жилых домов.
Известен солнечный коллектор (патент РФ на полезную модель №27195, МПК F24J 2/05, F24J 2/50, опубл. 10.01.2003 г.), содержащий полый корпус из теплоизоляционного материала, расположенные внутри корпуса и находящиеся в тепловом контакте теплоноситель и светопоглощающий приемник с рабочей поверхностью, на которую падает солнечное излучение, светопрозрачное окно в корпусе, состоящее, по крайней мере, из двух прозрачных листов, расположенных один над другим с зазором. Прозрачные листы выполнены из стекла и герметично соединены по периметру, образуя замкнутый объем, откачанный до вакуума. На обращенную в вакуумный объем поверхность листа стекла нанесено прозрачное покрытие, отражающее тепловые лучи и пропускающее солнечные лучи. В качестве теплоносителя используют прозрачные газ или жидкость, заполняя им полый корпус.
Как недостаток коллектора можно отметить необходимость использования только прозрачного теплоносителя, а использование стекла в качестве прозрачного материала увеличивает вес коллектора.
Известен вакуумированный плоский солнечный коллектор и способ его изготовления (патент РФ №2348869, МПК F24J 2/00, F24J 2/05, F24J 2/42, F24J 2/46, опубл. 27.02.2008 г.), содержащий поглотитель, термически связанную с ним трубу с теплоносителем, поддерживающую конструкцию, изготовленную из металла и снабженную периметрической рамой, прозрачную стенку, периметр которой перекрывается с опорной поверхностью рамы. Коллектор дополнительно содержит нижнюю часть, присоединенную к поддерживающей конструкции с образованием корпуса, пригодного для вакуум-уплотнения. Уплотнение коллектора для обеспечения вакуума обеспечивается за счет оловянно-медной металлизации периметра прозрачной плоской стенки, по которому затем осуществляют соединение с металлическим корпусом посредством пайки. Использование защитной пластины с низкой излучательной способностью, расположенной между поглотителем солнечного излучения и нижней частью корпуса позволяет сократить тепловой обмен между поглотителем и металлической частью коллектора. Поглотитель выполнен в виде медной пластины, покрытой пленкой селективного поглотителя, например, «черным» хромом.
Массивность описанной конструкции коллектора использована для преодоления атмосферного давления при вакуумировании корпуса. В солнечном коллекторе корпус и уплотнение выполнены из металла, а прозрачная стенка - из стекла, что значительно сказывается на массовых характеристиках устройства и на его себестоимости, кроме того, металл обладает хорошей теплопроводностью, что снижает кпд коллектора и вызывает необходимость использования дополнительной теплоизоляции корпуса.
Полезная модель решает задачу снижения массовых характеристик и себестоимости коллектора, за счет использования легких и дешевых материалов, которые к тому же позволяют увеличить КПД коллектора за счет улучшения условий теплосъема с панели поглотителя.
Для решения поставленной задачи в солнечном тепловом коллекторе, содержащем вакуумированный корпус с передней прозрачной стенкой и каналами для подвода и отвода теплоносителя и подключения насоса, расположенные внутри корпуса панель поглотителя с черным покрытием, теплоизолятор, расположенный между панелью поглотителя и корпусом, и трубу с теплоносителем, корпус предлагается выполнить из пластика, содержащего, по крайней мере, одну воздушную камеру в поперечном сечении, а переднюю стенку - из прозрачного пластика и покрыть ее пленкой, отражающей ультрафиолетовое излучение, трубу для теплоносителя выполнить змеевидной, отделить от передней прозрачной стенки ленточным теплоизолятором и прижать к панели поглотителя, используя атмосферное давление.
На прилагаемом к описанию чертеже изображен предлагаемый солнечный тепловой коллектор в разрезе. На чертеже приняты следующие обозначения:
1 - корпус коллектора; 2 - передняя стенка из прозрачного пластика с пленочным покрытием, отражающим ультрафиолетовое излучение; 3 - ленточный теплоизолятор; 4 - труба-змеевик с теплоносителем; 5 - вакуумированная внутренняя полость корпуса; 6 - панель поглотителя; 7 - теплоизолятор; 8 - задняя стенка корпуса; 9 - внутренняя рама; 10 - каналы для подвода и отвода теплоносителя; 11 -канал для подключения насоса.
Предлагаемый солнечный тепловой коллектор состоит из корпуса 1, который выполнен, например, из пластика, содержащего пять воздушных камер в поперечном сечении. Как показали экспериментальные исследования опытных образцов коллектора пластик, выполненный с воздушными камерами в поперечном сечении, позволяет избежать значительных теплопотерь через боковые стенки, кроме того, он легкий и дешевый, по сравнению с металлом. Внутри корпуса расположена панель поглотителя 6, отделенная от задней стенки корпуса теплоизолятором 7. Панель поглотителя 6 может быть выполнена, например, из алюминия с нанесенным матовым черным покрытием, например, из окиси хрома. В качестве теплоизолятора можно применить, например, минеральную вату. На панели поглотителя 6 установлена внутренняя рама 9, размер которой соответствует размеру внутреннего периметра корпуса 1. Передняя стенка 2 выполнена из прозрачного пластика, который покрывают UV пленкой, отражающей ультрафиолетовое излучение. Корпус со стороны задней стенки снабжен каналами 10 для подвода и отвода жидкого теплоносителя в виде штуцеров, а также каналом 11 для подключения насоса, выполненного в виде клапана Шредера, приваренного к панели поглотителя. Труба 4 змеевидной формы для теплоносителя, выполненная, например, из меди, расположена перед панелью поглотителя 6 и изолирована от передней прозрачной стенки 2 ленточным изолятором 3, например, из резины.
При вакуумировании внутренней полости 5 корпуса 1 происходит вдавливание передней и задней стенок пластикового корпуса под действием атмосферного давления во внутреннюю полость и благодаря этому действию змеевидная труба 4 плотно прижимается к панели поглотителя 6, улучшая условия теплопередачи от поглотителя и снижая возможность переноса тепла газом.
Солнечный коллектор работает следующим образом.
-4
Солнечное излучение, падающее через прозрачную стенку на поглотитель, преобразуется в тепло и посредством теплопроводности передается на трубу-змеевик 4 с теплоносителем, нагревая последний. При вакуумировании внутреннего корпуса коллектора передняя и задняя стенки корпуса вдавливаются атмосферным давлением во внутреннюю полость коллектора. Изолированная от передней стенки ленточным изолятором труба-змеевик 4 плотно прижимается к панели поглотителя 6, за счет чего условия теплопередачи улучшаются и нагрев движущегося теплоносителя происходит более интенсивно, а, следовательно, удается нагреть теплоноситель до более высокой температуры за то же время, т.е. повышается интенсивность съема тепла, что повышает кпд коллектора, примерно на 20%. Степень вакуумирования предварительно определяют опытным путем. Оптимальный вакуум для экспериментального образца составил 10 Па. Более дешевый и легкий материал корпуса позволяет снизить его вес и себестоимость. Вес предлагаемого коллектора составляет примерно 15 кг, а его себестоимость примерно в 1,5 раза ниже себестоимости прототипа.