ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Полезная модель относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева воздушного и жидкого теплоносителей. Солнечный коллектор может использоваться как основной или дополнительный нагреватель в системе горячего водоснабжения. Может применяться в системах с естественной (термосифонного типа) или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Известен солнечный коллектор, содержащий корпус из нескольких рам с четырьмя прямоугольными пластинами, обрамляющими коллектор, преимущественно прямоугольной формы, верхнее прозрачное ограждение и заднюю пластину, соединенные с рамами, абсорбер, расположенный в корпусе, выполненный с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению, и снабженный продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, первый слой теплоизоляционного материала, размещенный между частями рам и абсорбером, и второй слой теплоизоляционного материала, размещенный между абсорбером и задней пластиной, причем теплоизоляционный материал образован из пенополистирола, а внутренний объем корпуса заполнен газом с низкой теплопроводностью, что усиливает принимающую способность коллектора (DE 20320220 U1, МПК F24J 2/46, 2004).
Однако известный солнечный коллектор позволяет осуществлять нагрев только жидкостного теплоносителя, коллектор отличается низкой ремонтопригодностью. Кроме того, процесс его изготовления достаточно сложен и трудоемок.
Известен также солнечный коллектор, содержащий монолитный корпус из теплоизоляционного материала, например из вспененных полимеров типа полиуретан, полистирол, с дном, на котором выполнены углубления, прозрачное ограждение, размещенное между боковыми выступами корпуса, и абсорбер, расположенный в корпусе и прикрепленный к его дну с образованием каналов для протекания жидкого теплоносителя (Патент RU 2134846, МПК F24J 2/04, 1999).
Однако указанный солнечный коллектор позволяет осуществлять нагрев только жидкостного теплоносителя. Кроме того, его конструкция недостаточно надежна.
Наиболее близкой конструкцией является солнечный коллектор (патент RU 2387931С1, МПК F24J 2/24, 2009), содержащий П-образный монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и абсорбер с селективным покрытием, расположенный в корпусе. С обеих торцевых сторон корпуса установлены торцевые П-образные профили с отверстиями, прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях. Корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями впускную и выпускную воздушные камеры, сообщенные с внутренним объемом корпуса и внешними воздуховодами.
Прозрачное ограждение может быть выполнено с продольными каналами, соединенными с впускной воздушной камерой, и снабжено заглушкой, закрывающей продольные каналы со стороны выпускной воздушной камеры, причем внутренняя стенка прозрачного ограждения может быть выполнена с отверстиями, примыкающими к торцевому П-образному профилю, образующему выпускную камеру, и сообщающими продольные каналы с внутренним объемом. Абсорбер может быть выполнен с перепускными отверстиями, примыкающими к торцевому П-образному профилю, образующему впускную камеру, и сообщающими внутренний объем над абсорбером с внутренним объемом под абсорбером, а торцевой П-образный профиль, образующий выпускную камеру, может быть выполнен с отверстиями, соединяющими внутренний объем под абсорбером с выпускной камерой.
Недостатками данной конструкции солнечного коллектора являются - значительная толщина теплоизолирующего покрытия 50-100 мм как следствие его малой эффективности, что приводит к росту общих размеров (толщины) корпуса солнечного коллектора и, соответственно, веса;
- затруднена замена прозрачного ограждения при его ремонте без полной разборки и демонтажа солнечного коллектора, поскольку прозрачное ограждение, выполненное из стекла имеет возможность хрупкого разрушения под воздействием града и др. факторов, а пластиковое прозрачное ограждение под воздействием перепадов температур и ультрафиолета со временем снижает прозрачность и разрушается;
- монолитный корпус из вспененного полистирола и другого подобного материала имеет низкую прочность, что не позволяет надежно закрепить в нем абсорбер выполняемый, как правило, металлическим, и имеющим значительный вес;
- не решен вопрос очистки прозрачного ограждения от снега и льда;
- не решен вопрос механической устойчивости прозрачного ограждения из пластика, имеющего значительное температурное расширение, что не позволяет выдерживать постоянство воздушных зазоров между ним и абсорбером, что снижает его теплоизолирующие качества, усложняет герметизацию торцевых воздухоподводящих камер;
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой конструкции солнечного коллектора, заключается в следующем:
1. Снижение тепловых потерь солнечного коллектора;
2. Увеличение количества вырабатываемой солнечным коллектором тепловой энергии;
3. Высокая ремонтопригодность прозрачного ограждения;
4. Возможность самоочищения прозрачного ограждения от снега и льда;
5. Высокая механическая прочность и долговечность солнечного коллектора;
6. Высокая технологичность процесса сборки солнечного коллектора.
Технический результат достигается тем, что плоский солнечный коллектор, содержащий монолитный П-образный теплоизолирующий корпус из теплоизоляционного материала, с торцевых и боковых сторон охваченный пластиковыми или металлическими П-образными профилями с отверстиями для подвода и отвода теплоносителя, одно- или многослойное прозрачное ограждение и абсорбер с селективным покрытием и расположенными на его тыльной стороне трубками для протекания жидкого теплоносителя, расположенный в корпусе, расположенные внутри корпуса П-образные профили, согласно изобретению, теплоизолирующий корпус со стороны абсорбера дополнительно снабжен отражающим излучение покрытием и дополнительно закреплен на прочном листовом материале, преимущественно прямоугольной формы, одновременно закрепленном на боковых и торцевых П-образных профилях, а торцевые и боковые П-образные профили опираются непосредственно на внутренние П-образные профили, одновременно прижимающие отражающее покрытие теплозащитного корпуса по периметру, прозрачное ограждение прижато к наружной стороне П-образного профиля рамкой из Г-образного профиля посредством винтовых или иных соединений и снабжено скользящим уплотнительным материалом П-образной формы, охватывающим его по периметру.
Коллектор снабжен штифтами из теплоизолирующего материала, расположенными на внешней стороне абсорбера и контактирующими верхними гранями с прозрачным ограждением, причем длина штифтов равна величине воздушного зазора между прозрачным ограждением и абсорбером.
Абсорбер закреплен с зазором между ним и отражающим покрытием теплоизолирующего корпуса на штифтах из теплоизоляционного материала, в свою очередь закрепленных на наружной прямоугольной пластине.
Под наружным листом однослойного прозрачного ограждения или внутри многослойного прозрачного ограждения размещен нагревательный электрический элемент.
Прозрачное ограждение имеет внутренние каналы расположенные горизонтально.
Отверстия ввода и вывода теплоносителя из корпуса солнечного коллектора снабжены уплотнительными манжетами из эластичного материала.
На фигуре представлен поперечный разрез предлагаемого солнечного коллектора.
В качестве материала прозрачного ограждения 1 используются одно или многослойное покрытие из стекла или стойкого к температуре и ультрафиолету сотового полимера, например сотовый поликарбонат с размером внутренних каналов 6-8 мм, расположенных горизонтально. Горизонтальное расположение каналов сотового поликарбоната снижает количество и интенсивность конвективных потоков внутри прозрачного ограждения.
Для снижения тепловых потерь теплоизоляцией корпуса солнечного коллектора между тыльной стороной абсорбера 2 и П-образным теплоизолирующим корпусом 3 расположено хорошо отражающее излучение светового и теплового диапазона покрытие 4, например алюминиевая фольга или полимерная металлизированная пленка. Для еще большего качества теплоизоляции П-образный теплоизолирующий корпус с отражающим излучение покрытием можно делать многослойным, с расположением между слоями теплоизолятора отражающего покрытия (не показано).
Прозрачное ограждение закреплено между рамкой 5 из Г-образного металлического или полимерного профиля и боковой стороной П-образного профиля 6, ограждающего теплоизолированный корпус 3 по его периметру. Прижатие рамки к прозрачному ограждению осуществляется винтовым или иным соединением 7. Прозрачное ограждение герметизировано по периметру резиновым или другим эластичным П-образным профилем 8. Прозрачное ограждение закреплено с возможностью перемещения внутри рамки без нарушения герметичности.
Для возможности самоочищения наружной поверхности прозрачного ограждения от снега и льда под поверхностью или внутри прозрачного ограждения расположен электронагревательный элемент 9, например из проволоки с высоким удельным сопротивлением (нихром).
Боковые стороны наружного П-образного профиля 6 опираются на боковую сторону внутреннего П-образного профиля 10. Внутренний П-образный профиль 10 другой своей боковой поверхностью прижимает отражающее покрытие 4 по всему периметру к теплоизолирующему корпусу.
Теплоизолирующий корпус дополнительно закрыт с наружной стороны, противоположной от воспринимающей солнечное излучение прочным листовым материалом (металлический, полимерный или иной гладкий или гофрированный лист), образующим прочное ограждение 11 преимущественно прямоугольной формы, одновременно закрепленном на боковых и торцевых П-образных профилях.
Абсорбер закреплен с воздушным зазором между ним и отражающим покрытием теплоизолирующего корпуса на штифтах 12 из теплоизоляционного материала (например полимерного), в свою очередь закрепленных на прочной прямоугольной пластине наружного ограждения.
Для сохранения постоянного воздушного зазора между прозрачным ограждением и абсорбером, на поверхности последнего закреплены штифты 13 из теплоизолирующего материала, расположенными на внешней стороне абсорбера и контактирующими верхними гранями с прозрачным ограждением. Длина штифтов равна величине воздушного зазора между прозрачным ограждением и абсорбером. Штифты также несут функцию турбулизаторов воздуха.
С обратной стороны абсорбера расположены трубки 14 с протекающим в них теплоносителем.
Ввод и вывод воздушного теплоносителя осуществляется в отверстия боковых и (или) торцевых П-образных наружных профилях, снабженными уплотнительными манжетами из эластичного материала. В эти же отверстия выведены трубы подвода жидкого теплоносителя в абсорбер (не показано).