СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР
SOLAR HEAT COLLECTOR

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений.
Известен солнечный тепловой коллектор (патент 21722904, МКИ F24J, 2001) в виде стеновой панели со светопрозрачным покрытием, внутри которой размещены поглощающие трубы. Тепловой коллектор сообщен с выносным емкостным баком-аккумулятором. Устройство дополнительно снабжено тепловым насосом.
При утилизации солнечной энергии в такой конструкции коллектора невозможно достичь достаточно высокой температуры теплоносителя, так как массивность стеновой панели при ее значительной аккумулирующей способности требует продолжительного облучения для получения необходимого теплового режима. Размещение поглощающих труб внутри стеновой панели без участков, расположенных на облучаемой поверхности, снижает температуру теплоносителя на выходе из коллектора. Поэтому в данном случае применение теплового насоса является необходимым условием повышения температурного потенциала утилизированной теплоты для последующего потребления.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор (патент 2320938, МКИ F24J 2/06, 3/08, 2/24, 2008), содержащий под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, расположенными соосно с поглощающими трубами. Поглощающие трубы имеют поглощающие пластины, под которыми размещена тепловая изоляция. В устройстве предусмотрены распределительная и сборная трубы для теплоносителя, а также пластинчатые отражатели.
Солнечный тепловой коллектор позволяет утилизировать энергию при достаточной облученности поглощающих пластин и труб. При низкой интенсивности солнечной радиации, характерной для холодного периода года, получить теплоноситель с требуемой температурой для дальнейшего использования в системе теплоснабжения здания без дополнительного нагревания не представляется возможным. Получаемое в этом случае низкопотенциальное тепло может быть направлено потребителям при предварительном повышении параметров теплоносителя традиционными источниками энергии.
Задачей нового технического решения является расширение сезона эксплуатации устройства до круглогодичного за счет повышения эффективности утилизации солнечной энергии посредством рационального совмещения пассивного и активного способов преобразования излучения.
Эта задача решается тем, что в солнечном тепловом коллекторе, содержащем под светопрозрачным покрытием гофрированную панель из светопрозрачных параболических отражателей с жидкостными линзами, поглощающие пластины с поглощающими трубами, сообщенными и расположенными соосно с жидкостными линзами, распределительную и сборную трубы, тепловую изоляцию и пластинчатые отражатели, согласно изобретению закрепление поглощающих пластин и труб происходит на стеновой панели, которая в верхней части имеет структурную решетку с насыпным аккумулирующим материалом и размещенными в нем распределительной и сборной трубами и в нижней части содержит перепускные отверстия, за аккумулирующим материалом и возвышаясь над ним расположены пластинчатые отражатели, а тепловая изоляция установлена с зазором от стеновой панели на облицовочной панели, имеющей входные и выходные отверстия с клапанами.
Предлагаемая конструкция солнечного теплового коллектора позволяет повысить степень утилизации солнечной радиации и направить высокотемпературный теплоноситель при интенсивном излучении, характерном для теплого периода года, в системы горячего водоснабжения. При ограниченных ресурсах солнечной энергии в холодный период года происходит повышение температуры стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала под воздействием рассеянного излучения и последующее нагревание от их поверхностей циркулирующего воздуха. Поступление теплого воздуха в помещения обеспечит их пассивное отопление, что позволит увеличить продолжительность эксплуатации устройства до круглогодичной.
На фиг. 1 показан разрез солнечного теплового коллектора.
На фиг. 2 - фрагмент разреза вида сверху.
Солнечный тепловой коллектор состоит из стеновой панели 1, на которой закреплены поглощающие пластины 2 и поглощающие трубы 3. В верхней части 4 стеновой панели 1, которая может быть выполнена железобетонной, расположена структурная решетка 5, заполненная аккумулирующим насыпным материалом 6. Стеновая панель 1 может быть выполнена полностью из насыпного аккумулирующего материала 6, заключенного в структурную решетку 5. В качестве насыпного материала 6 может быть использован гравий, так как аккумулирующая способность одного кубического метра превышает ту же удельную величину для бетонов в 2 раза. В насыпной материал 6 погружены распределительная 7 и сборная 8 трубы, к которым подключены поглощающие трубы 3. Стеновая панель имеет наружные ограждение в виде светопрозрачного покрытия 9. Под светопрозрачным покрытием 9 размещена гофрированная панель 10, состоящая из светопрозрачных параболических отражателей 11 и жидкостных линз 12. Поглощающие трубы 3 установлены соосно с жидкостными линзами 12 на стеновой панели 1, а также сообщены с ними в ее верхней 4 и нижней 13 частях. За аккумулирующим материалом 6 в его теневой зоне 14 расположены, в том числе и возвышаясь над ним, пластинчатые отражатели 15. Тепловая изоляция 16 закреплена с зазором 17 от стеновой панели 1 на облицовочной панели 18, в нижней части 19 которой выполнены входные отверстия 20, а в верхней 21 - выходные 22 для воздуха. Во входных 20 и выходных 22 отверстиях расположены клапаны 23. В нижней части стеновой панели 13 выполнены перепускные отверстия 24 для воздуха.
Солнечный тепловой коллектор работает следующим образом.
По распределительной трубе 7 теплоноситель подается в поглощающие трубы 3, которые погружены в насыпном материале 6 и направлены к жидкостным линзам 12 гофрированной панели 10. Теплоноситель поступает в жидкостные линзы 12, где нагревается за счет воздействия солнечной радиации, прошедшей через светопрозрачное покрытие 9 и многократно отраженной от поверхности светопрозрачных параболических отражателей 11 для концентрирования излучения. После протекания по жидкостным линзам 12 гофрированной панели 10 теплоноситель поступает в короткие горизонтальные участки поглощающих труб 3, переходящие в нижней части 13 стеновой панели 1 в вертикальное положение. Размещение на стеновой панели 1 поглощающих пластин 2 с трубами 3 соосно жидкостным линзам 12 способствует концентрации излучения посредством параболических отражателей 11 в зоны их расположения, что повышает энергооблученность и тем самым увеличивает температуру теплоносителя. При достижении в верхней части 4 насыпного аккумулирующего материала 6 теплоноситель направляется по поглощающим трубам 3 в его слой к расположенной в нем сборной трубе 8, а затем к потребителю.
Прошедшее сквозь светопрозрачное покрытие 9, гофрированную панель 10 и не поглощенное теплоносителем в жидкостных линзах 12 солнечное излучение преобразуется в тепловую энергию в стеновой панели 1 и насыпном аккумулирующем материале 6. В холодный период года, когда температура стеновой панели 1 и насыпного аккумулирующего материала 6 под воздействием солнечной радиации превышает температуру внутреннего воздуха помещений, клапаны 23 во входных 20 и выходных 22 отверстиях облицовочной панели 18 открыты. Воздух проходит через входные отверстия 20, а затем через перепускные отверстия 24 поступает в зазор между гофрированной 10 и стеновой 1 панелями. Контактируя с облучаемой поверхностью стеновой панели 1, воздух нагревается и поднимается вверх, где проходит через слой аккумулирующего материала 6, на который дополнительно посредством пластинчатых отражателей 15 направляется излучение. После прогревания в насыпном аккумулирующем материале 6, теплый воздух через выходные отверстия 22 поступает в помещения. Если температура стеновой панели 1 и насыпного аккумулирующего материала 6 в холодный период года ниже температуры внутреннего воздуха помещений, то клапаны 23 полностью перекрывают сечение входных 20 и выходных 22 отверстий, а тепловая изоляция 16 на облицовочной панели 18 существенно снижает теплопотери в окружающую среду.
Конструкция солнечного теплового коллектора позволяет при интенсивной солнечной радиации нагреть жидкий теплоноситель до требуемой температуры для потребителя. В отопительный период при ограниченных ресурсах солнечного излучения происходит его преобразование в тепловую энергию стеновой панели и насыпного аккумулирующего материала, за счет которой осуществляется нагревание воздуха, впоследствии направляемого в отапливаемые помещения. Данный способ пассивной утилизации позволяет использовать солнечную радиацию при низких показателях ее интенсивности, характерных для холодного периода года, что в конечном итоге приводит к повышению эффективности улавливания излучения и расширению сезона эксплуатации предложенного устройства до круглогодичного.