МОДУЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ДЛЯ ГЕЛИОВОДОПОДОГРЕВА
MODULAR SOLAR COLLECTOR FOR SOLAR WATER HEATING

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для нагрева воды при помощи солнца в системах отопления и горячего водоснабжения, как для бытовых потребителей, так и для сельскохозяйственных объектов.
Известна установка плоского солнечного коллектора для работы в условиях северных территорий на основе теплоприемной панели, выполненной из коррозионно-стойких материалов /1/, которая включает солнечный коллектор, содержащий герметичный корпус с прозрачной передней стенкой, теплоприемное устройство для передачи тепла теплоносителю, выполненное в виде панели, состоящей из двух соединенных между собой элементов, причем один из элементов имеет развитую поверхность в виде гофр, а другой - плоский, либо оба элемента выполнены с развитой поверхностью в виде гофр, образующих замкнутые каналы, сообщающиеся на входе и выходе с распределительным и сборным каналами, на внешнюю поверхность панели нанесено селективное покрытие, в пространстве между прозрачным защитным покрытием и теплоприемной панелью создан вакуум, либо оно заполнено аргоном, либо газами.
Недостатки этой установки заключаются в следующем: эффективна только в дневные часы суток; низкая надежность, а также сложность в эксплуатации и в изготовлении.
2
Известна система солнечного теплового коллектора /2/, состоящая из солнечного теплового коллектора, рабочая панель которого оснащена подводящим и отводящим патрубками и эластичной камерой, рабочая панель и встроенный в нее трубчатый коллектор изготовлены из пластичных полимерных материалов с высокими светотеплопоглощающими свойствами, на рабочей поверхности панели используется сменная гофрированная теплопоглощающая пленка, в качестве теплоносителя используется газ CO или CO, в эластичной камере использован клапан избыточного давления.
К недостаткам такой системы относятся: отражение части солнечной энергии, проникающей через многослойную поверхность; сложность конструкции; трудоемкость изготовления отдельных элементов; недолговечность конструкции.
Известен солнечный тепловой коллектор /3/, состоящий из корпуса, содержащего пять воздушных камер в поперечном сечении, передней стенки из прозрачного пластика с пленочным покрытием, отражающим ультрафиолетовое излучение, ленточного теплоизолятора, трубы змеевидной формы для теплоносителя, панели поглотителя, теплоизолятора, каналов для подвода и отвода теплоносителя, каналов для подключения насоса.
Известное изобретение имеет следующие недостатки: сложность конструкции, связанная с наличием вакуума; в связи с применением трубчатого змеевика площадь контакта теплоносителя с теплопоглощающей панелью незначительна и локализована вдоль трубчатого змеевика; использование изолирующей ленты закрывает солнечный поток, падающий на трубчатый змеевик; применение прозрачного пластика с пленочным покрытием отражает часть солнечного излучения, тем самым теряя полезную энергию.
Известен солнечный тепловой коллектор /4/, содержащий корпус коллектора с прозрачной верхней изоляцией, две пластины из листового материала, верхняя из которых с внешней стороны покрыта светопоглощающим материалом, скрепленные между собой по периметру с образованием полости для теплоносителя, соединенной с выходным и входным патрубками. В полости между пластинами вдоль их длинных сторон расположены проточные трубопроводы, прикрепленные к пластинам в местах их контакта путем пайки, сварки или клеевого соединения.
Недостатки данного солнечного теплового коллектора в следующем: наличие большого количества сварных, паяных или клеевых соединений вдоль всего контакта труб с теплопоглощающей пластиной, что обуславливает высокую трудоемкость его изготовления и низкий коэффициент теплоотдачи от пластин к жидкости, находящейся в трубопроводе, площадь контакта труб с теплоносителем с теплопоглощающей пластиной незначительна и локализована вдоль образующей цилиндрической поверхности трубопроводов; нижняя пластина недостаточно эффективна как элемент нагрева воды, из вышеуказанного следует, что равномерный нагрев теплоносителя в полости между пластинами обеспечиваться не будет.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является солнечный коллектор /5/, состоящий из: теплопоглощающей панели солнечного коллектора, образованной из отдельных элементов, одна сторона которого является теплопоглощающей поверхностью, снаружи на двух противоположных сторонах в плоскостях, параллельных теплопоглощающей панели, выполнены продольные ребра, смещенные друг от друга на расстояние, которое обеспечивает зазор между ними, труб с теплоносителем и полостей для теплоаккумулирующего вещества, каркаса, резьбовых или винтовых соединений, промежуточных элементов.
Недостатки солнечного коллектора: часть солнечной энергии отражается от теплопоглощающей панели, так как в системе не предусмотрено селективное покрытие; значительные потери тепла в окружающую среду из-за отсутствия на верхней прозрачной теплоизоляции корпуса удерживающего покрытия; неравномерность распределения тепловой энергии; трудоемкость изготовления конструкции.
Задачей изобретения является обеспечение возможности эксплуатации солнечного коллектора с максимальной эффективностью использования солнечной энергии, компактность, снижение стоимости, энергоемкости и материалоемкости конструкции, повышение надежности и технологичности изготовления модульного солнечного коллектора.
Для достижения поставленной задачи используется модульный солнечный коллектор для гелиоводоподогрева, содержащий: корпус с передней стенкой в виде стеклопакета и задней стенкой в виде теплоизоляции, емкости с фазопереходным веществом, жестко соединенные между собой радиатор-конвекторные секции, корпус предлагается выполнить из теплоизоляционных материалов, на переднюю стенку, выполненную из стеклопакета, нанести низкоэмиссионную пленку либо напыление, пропускающее солнечное излучение и удерживающее его внутри модульного солнечного коллектора для гелиоводоподогрева, емкости с фазопереходным веществом сделать из того же материала, что и радиатор-конвекторные секции, и расположить непосредственно между их ребрами, сами радиатор-конвекторные секции выполнить из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а на их активную часть нанести селективное покрытие.
Данное изобретение поясняется следующими чертежами:
на фиг.1 показана конструкция модульного солнечного коллектора для гелиоводоподогрева на примере 17 секций.
на фиг.2 показан продольный разрез А-А фиг.1.
на фиг.3 показан поперечный разрез Б-Б фиг.1.
на фиг.4 показан продольный разрез В-В фиг.1.
Модульный солнечный коллектор для гелиоводоподогрева (фиг.1-4) состоит из: секционного радиатор-конвектора 1 с селективным покрытием 7, в котором циркулирует теплоноситель 8, корпуса 2, стеклопакета 3, теплоизоляции 4, светопрозрачного фильтра с низкоэмиссионными свойствами 5, емкостей с фазопереходным веществом 6, заглушек 9.
Модульный солнечный коллектор предложенной конструкции работает следующим образом.
С восходом солнца его лучи проникают через стеклопакет 3 (фиг.2, 3) с светопрозрачным фильтром 5 (фиг.2, 3), например с напылением серебра или низкоэмиссионных покрытий, нанесенных на полимерную пленку, и попадают на лучепоглощающую поверхность радиаторно-конвекторных секций 1 (фиг.1-4), выполненных например, из алюминия, чугуна или биметалла, покрытых селективным покрытием 7 (фиг.2, 3). Часть солнечных лучей попадает на емкости с фазопереходным веществом 6 (фиг.2, 3), которые расположены между передними ребрами и закрывают зазор, образованный при соединении секций между собой. При отсутствии солнечного излучения теплоноситель 8 (фиг.3, 4) нагревается за счет тепла, накопленного в теплоаккумулирующем веществе за период солнечного излучения.
Лучепоглощающие поверхности радиаторно-конвекторных секций 1 (фиг.1-4)нагреваются и с помощью конвекции переносят тепловые массы по всему модульному солнечному коллектору для гелиоводоподогрева, после чего полученное тепло передается теплоносителю 8 (фиг.3, 4), такому как вода или другие жидкие среды. Под набором секций расположен слой теплоизоляции 4 (фиг.2, 3), а по бокам находится опорный теплоизолирующий корпус 2 (фиг.1-4), который дополнительно защищает секции с жидкостным теплоносителем от потери тепла и одновременно повышает механическую прочность конструкции модульного солнечного коллектора, данный корпус может быть изготовлен из дерева, фанеры или пластиковых материалов с теплоизоляцией в виде теплосберегающего материала, такого как минеральная вата, пеноплэкс или пенопласт, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. На (фиг.4) стрелками указано направление хода теплоносителя, форма проточных каналов позволяет увеличить скорость движения теплоносителя и уменьшает образование вредных отложений.
Благодаря способу изготовления секционного радиатор-конвектора, такому как метод литья под давлением или экструдирование, поверхность контакта ребер с трубой увеличивается в сравнении с методом сваривания, пайки или склеивания.
Вертикальное расположение модульного солнечного коллектора для гелиоводоподогрева не приведет к существенному снижению его эффективности, а наоборот позволит решить ряд задач: учитывать отраженные и рассеянные потоки, использовать модульный солнечный коллектор для гелиоводоподогрева в зимнее время, исключить снеговую нагрузку.
Таким образом предлагаемое устройство позволит максимально эффективно использовать солнечную энергию, быть компактным, снизить стоимость, энергоемкость и материалоемкость конструкции, повышая при этом надежность и технологичность.
Источники информации
1. Патент №2350852 РФ, МПК F24J 2/24. Плоский солнечный коллектор для работы в условиях северных территорий на основе теплоприемной панели, выполненной из коррозионно-стойких материалов / А.Г. Сербин. - №2007118034/06, заявл. 15.05.2007, опубл. 27.03.2009 // БИПМ. - 2009. - №9.
2. Патент №2330218 РФ, МПК F24J 2/36. Солнечный тепловой коллектор / Э.Н. Меликов, А.И. Юров, В.А. Бурик. - №2006129195/06, заявл. 14.08.2006, опубл. 27.07.2008 // БИПМ. - 2008. - №21.
3. Патент на пол. модель №90885 РФ, МПК F26J 2/05. Солнечный тепловой коллектор / Кустов А.А., Мосиенко А.В.. - №2009136851/22, заявл. 05.10.2010, опубл. 20.01.2010 // БИПМ. - 2010. - №2.
4. Патент №2042088 РФ, МПК F24J 2/20. Коллектор солнечной энергии / Б.И. Казанджан, А.А. Вертман. - №5062012/06, заявл. 11.09.1992, опубл. 20.08.1995 // БИПМ. - 1995. - №23.
5. Патент №2258874 РФ, МПК F24J 2/24, 2/34. Солнечный коллектор / В.В. Страшко, В.Ю. Подлепич, Д.В. Безнощенко. - №2003130667/06, заявл. 16.10.2003, опубл. 20.08.2005 // БИПМ. - 2005. - №23.