СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР С КОНЦЕНТРАТОРОМ ДЛЯ ГЕЛИОВОДОПОДОГРЕВА
SOLAR COLLECTOR WITH HUB FOR SOLAR WATER HEATING

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным коллекторам для преобразования солнечной энергии в тепловую в системах отопления и горячего водоснабжения как для бытовых потребителей, так и для сельскохозяйственных объектов.
Известен тепловой коллектор с концентрацией солнечных лучей, стекло, концентрирующее солнечные лучи, и с вакуумной прослойкой, сибирский дом с отоплением от гелиоэнергетики /1/, который включает: корпус с зазеркаленными боковыми поверхностями, термостойкую теплоизоляцию, теплообменник, один или два слоя прозрачной полупроводниковой теплоизоляции, концентрирующее стекло либо концентрирующее вакуумное стекло.
Недостатками данной разработки является: неэффективное использование солнечной энергии и удержание ее внутри теплового коллектора; значительные потери через теплоизоляционные слои; нетехнологичность изготовления, что ведет к удорожанию данных конструкционных особенностей изобретения.
Известен солнечный тепловой коллектор /2/, который включает в себя: корпус со светопрозрачным покрытием и тепловой изоляцией, входной и выходной патрубок для подачи и отвода теплоносителя, пластинчатые отражатели, полимерную пленку с металлизированным покрытием, поглощающие пластины, параболические отражатели, образующие непрерывную гофрированную панель, жидкостные призматические отражатели, промежуточную, сборную и распределительную трубу, перепускные патрубки.
К основным недостаткам данного солнечного теплового коллектора можно отнести: отсутствие теплоудерживающего слоя на светопрозрачном покрытии, существенные тепловые потери в окружающую среду; большой коэффициент отражения от тепловоспринимающей поверхности; неравномерность нагрева теплоносителя, что ведет к долгому его нагреву; нерациональность использования представленного количества отражателей так, как первая составляющая солнечного луча, частично поглощающаяся поверхностью теплопоглощающей гофрированной панели, является самой энергоемкой, все остальные менее энергоемкие; в утренние и вечерние часы солнцестояния установка малоэффективна.
Известен коллектор-приемник оптического излучения /3/, содержащий корпус, прозрачное ограждение, установленное с уплотнением в его боковых пазах, зеркального абсорбера, торцевых крышек с уплотнением, патрубков ввода-вывода теплоносителя с теплоизоляцией.
К недостаткам коллектора-приемника оптического излучения можно отнести то, что в системе не предусмотрено использование теплоаккумулирующих материалов, что делает установку неэффективной в вечерние и ночные часы суток; нерациональное использование тепловоспринимающей поверхности коллектора-приемника не позволяет ей качественно выполнять все заложенные в нее функции; использование пленочных слоев приводит к повышению коэффициента отражения; трудоемкость и нетехнологичность изготовления конструкции.
Наиболее близким аналогом по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор /4/, содержащий корпус, имеющий прозрачное покрытие, размещенные в нем на одинаковом расстоянии друг от друга поглощающие каналы для прохода теплоносителя, и отражающую солнечное излучение гофрированную поверхность, каналы имеют прямоугольное сечение.
К недостаткам данного солнечного теплового коллектора можно отнести то, что установка эффективна только при прямом попадании солнечных лучей, нетехнологичность изготовления, неспособность системы работать при высоких давлениях, значительные потери тепла в окружающую среду, использование гофрированной поверхности только для отражения лучей без последующего поглощения и полезного использования рабочей поверхности теплового солнечного коллектора, контакта вершин для этого недостаточно.
Задачей изобретения является создание конструкции солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева, который сможет решить проблему максимально эффективного использования солнечной энергии, снижение тепловых потерь, компактность и технологичность изготовления, добиться многофункциональности концентратора.
Для достижения поставленной задачи используется солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева, содержащий корпус, имеющий прозрачное покрытие, размещенные в нем на одинаковом расстоянии друг от друга поглощающие каналы для прохода теплоносителя, и отражающую солнечное излучение поверхность, каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, отличающийся тем, что корпус предлагается выполнить из теплоизоляционного материала, прозрачное покрытие выполнить с двух сторон солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева в виде двухкамерного стеклопакета с нанесением селективного покрытия, поглощающие каналы выполнить внутри жестко соединенных между собой радиатор-конвекторных секций, имеющих прямоугольное, а также круглое поперечное сечение для прохода теплоносителя, отражающую солнечное излучение поверхность выполнить многофункциональной в виде теплопоглощающих и теплоотводящих радиатор-конвекционных элементов, которые в совокупности образуют ряды концентраторов -образной формы, технологически образованных на поверхности радиатор-конвекторной секции, активная часть поверхности которых покрыта селективным покрытием, между ребрами радиатор-конвекторных секций расположить емкости с фазопереходным веществом: также форма концентратора может быть -образной, U-образной или W-образной.
Данное изобретение поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 показана конструкция солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева на примере 2 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.
Солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева (фиг. 1-4) включает: теплоизолирующий корпус 1, секционный радиатор-конвектор 2, на котором технологично образованы концентраторы 4 с нанесением селективного поглощающего покрытия черного цвета и в котором происходит циркуляция теплоносителя 8, два двухкамерных стеклопакета 3, с нанесением селективного покрытия 5, емкости с фазопереходным веществом 6, тепловоспринимающие распорки 7, заглушки 9.
Солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева работает следующим образом.
Солнечные лучи, падающие под разными углами и проникающие через двухкамерный стеклопакет 3 (фиг. 2, 3) с нанесенным селективным покрытием 5 (фиг. 2, 3), которое полностью пропускает солнечное излучение, но не дает ему вернуться обратно в окружающую среду, тем самым снижает теплопотери в солнечном коллекторе с концентратором для гелиоводоподогрева, и может быть выполнено на примере низкоэмиссионных покрытий, попадают на поверхность радиатор-конвекторных секций, выполненных например, из алюминия, меди или биметалла, на которых технологично образованы концентраторы 4 (фиг. 2, 3), поверхность которых покрыта селективным покрытием, например черной термостойкой матовой краской, после чего в процессе многократных отражений на поверхностях концентраторов энергетически важная составляющая солнечного луча полностью поглощается, а образованные концентраторами радиатор-конвекторные ребра участвуют в процессе переноса тепловых масс при помощи конвекции, тем самым эффективность самого солнечного коллектора существенно возрастает. При этом конструкция компактна и не требует больших капиталовложений. Часть солнечных лучей попадает на емкости с фазопереходным веществом 6 (фиг. 2, 3), находящиеся между двумя передними и задними ребрами секций, тем самым закрывающие зазоры, образованные при жестком соединении секций между собой. Теплоаккумулирующее вещество за период солнечного излучения накапливает в себе полезную энергию, которую впоследствии отдает через стенки теплоносителю в часы, когда солнце теряет свою активность.
Солнцевоспринимающая поверхность солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева нагревается и начинает равномерно распределять тепловые массы по всему солнечному коллектору, тем самым эффективно передавая его теплоносителю 8 (фиг. 3, 4), такому как вода или другие жидкие среды. Благодаря рационально выбранному направлению теплоносителя 8 (фиг. 4), при помощи заглушек 9 (фиг. 4), будет выполняться быстрый и энергосберегающий водоотбор, а также появится возможность создавать повышенное давление столба жидкости. Использование распорок 7 (фиг. 1, 2, 4) не только помогает эффективно жестко разместить секции радиатор-конвектора внутри теплоизолирующего корпуса 1 (фиг. 1-4), но и дает дополнительную активную площадь для теплообмена. Теплоизолирующий корпус 1 (фиг. 1-4), защищает от потерь тепла в окружающую среду и повышает механическую прочность конструкции солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева, в процессе изготовления может применяться любой теплосберегающий материал, например пеноплэкс или сэндвич панель, который имеет низкий коэффициент теплопроводности и повышенный срок службы.
Вертикальное расположение солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева позволит его двум рабочим поверхностям эффективно принимать не только прямые потоки солнечного излучения, но и отраженные и рассеянные, что делает данное изобретение более эффективным по сравнению с его аналогами.
Способ изготовления секционного радиатор-конвектора с концентраторами, например, такой как метод литья под давлением, позволяет увеличить поверхность контакта ребер с трубой в сравнении с методом сваривания, пайки или склеивания, тем самым повышает технические характеристики и позволяет технологично быстро и качественно изготавливать, а в дальнейшем и эксплуатировать данный вид солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева.
Реализация данного изобретения позволяет максимально эффективно использовать солнечную энергию, достигнуть многофункциональности концентратора солнечного излучения, снизить тепловые потери, при этом добиться компактности и технологичности изобретения.
Источники информации
1. Заявка №95114648 РФ, МПК F24 J/04. Тепловой коллектор с концентрацией солнечных лучей, стекло, концентрирующее солнечные лучи, и с вакуумной прослойкой, сибирский дом с отоплением от гелиоэнергетики / А.П. Вербицкий. - №95114648/06, заявл.: 28.08.1995, опубл. заявки: 20.11.1997 // БИПМ. - 1997. - №32.
2. Патент №2320938РФ, МПК F24J 2/06. Солнечный тепловой коллектор / Т.В. Щукина, Д.М. Чудинов (Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет - ГОУ ВПО ВГАСУ). - №2006124160/06, заявл.: 05.07.2006, опубл.: 27.03.2008 // БИПМ. - 2008. - №9.
3. Патент №2269726 РФ, МПК F24J 2/06. Коллектор-приемник оптического излучения / Н.В. Ясаков. - №2004101203/28, заявл.: 14.01.2004, опубл.: 10.02.2006 // БИПМ. - 2006. - №4.
4. А.с. №1474391 СССР, МКИ F24J 2/10. Солнечный тепловой коллектор / Ж.С. Баймуханов, А.А. Ильиных, Е.П. Веселова, М.М. Жекишев. - №4110805/24-06, заявл.:27.08.1986, опубл.:23.04.1989 // БИ. - 1982. - №15.