СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Полезная модель относится к солнечной энергетике, в частности, к солнечным коллекторам, и предназначено для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения, и относится к перспективным направлениям новых технологических решений и приоритетным направлением развития науки и техники РФ.
Заявляемая полезная модель относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии новых и возобновляемых источников энергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. - М.: ПАТЕНТ, ]
Известен солнечный коллектор (заявка на патент RU 2013100393 A, МПК F24J 2/00, опубликован 2014.20.07), имеющий аналогичные составные части, но в аналоге имеется одна металлическая изогнутая труба, имеющая форму змейки, также в его конструкции используются два воздушных патрубка, один внизу для входа атмосферного воздуха в солнечный коллектор, а второй в верху для выхода разогретого воздуха из солнечного коллектора, при этом центры воздушных патрубков, расположены в одной плоскости с металлическим листом.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: прозрачное остекление, корпус, теплоизоляция, поглотитель с трубой и металлическим листом.
Недостатком аналога является сложность конструкции и отсутствие замены отдельных элементов, поскольку лучепоглощающий лист типа «труба на листе» в основном изготавливается в заводских условиях, отсутствие отражающего слоя внутри устройства а также относительно низкую теплопроизводительность из-за возможных потерь через прозрачное остекление и в отводящем коллекторе. При таком исполнении нагревательных труб в аналоге возможен недостаточный нагрев теплоносителя, поскольку теплоноситель будет находится в нагревательных трубах меньшее время, чем при исполнении их в виде улитки. При выполнении корпуса из металлического профиля теплопотери будут больше, чем при выполнении корпуса из дерева. Кроме того использование воздушных патрубков в зимнее время значительно снизит эффективность солнечного коллектора.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по совокупности признаков является конструкция солнечного коллектора, указанная в патенте RU 112364 U1, МПК F24J 2/24 опубликован 2012.01.10. Общими признаками известного аналога с заявляемой полезной моделью является конструкция, содержащая корпус с прозрачным остеклением, тыльную теплоизоляцию, прозрачное остекление, но поглотитель представлен в виде ряда нагревательных труб, имеющих зигзагообразную форму, а также входным и выходным сборными коллекторами для входящего и выходящего теплоносителя.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: прозрачное остекление, деревянный корпус, теплоизоляция, поглотитель и трубы.
Недостатками аналога являются: конструкция трубного узла, который имеет меньшую площадь теплосъема, что является причиной менее эффективного прогрева теплоносителя, а также большая толщина солнечного коллектора.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель является простота изготовления, улучшение теплофикационных свойств, что позволит эффективно использовать плоский солнечный коллектор в условиях с низкими температурами наружного воздуха и большим диапазоном колебаний суточных температур, что характерно в сибирских условиях и удобство в эксплуатации.
Технический результат полезной модели заключается в улучшении прогрева теплоносителя, а также снижении теплопотерь.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус со светопрозрачным слоем, теплоизоляцию, лучепоглощающий лист, трубный узел и отражающий слой, нанесенный на всю внутреннюю поверхность корпуса и на лицевую сторону теплоизоляции, согласно полезной модели, трубный узел выполнен из гофрированной трубы в форме спирали, уложенной методом «улитки» с шагом, равным от 0,5 до 2 средних диаметров гофрированной трубы, и прикрепленной к сетке-рабице, а лучепоглощающий лист прижат к трубному узлу.
Выполнение нагревательных труб коллектора в виде улитки с шагом трубы, равным от 0,5 до 2 диаметров нагревательных труб и выполнение улитки так, что труба с холодным теплоносителем чередуется трубой с горячим теплоносителем, позволяет теплоносителю, проходящему через эти трубы дольше находиться в греющей зоне, а значит повысить свою температуру и площадь теплосъема.
Выполнение улитки из гофрированной трубы из нержавеющей стали позволит повысить эффективность нагрева теплоносителя за счет дополнительно создаваемой турбулентности.
Обшивка всей внутренней поверхности коллектора, а также лицевой стороны теплоизоляции отражающим слоем позволяет снизить теплопотери и улучшить теплопоглощение труб.
Отличия от прототипа доказывают «новизну» заявляемой полезной модели.
Полезная модель поясняется чертежами, где, на фиг. 1 представлен поперечный разрез солнечного коллектора, на фиг. 2 продольный разрез солнечного коллектора, на фиг. 3 крепежные элементы солнечного коллектора, на фиг. 4 элемент змеевика.
Элементы заявляемого солнечного коллектора обозначены следующими цифровыми позициями:
1 - Светопрозрачный слой;
2 - Крепежные элементы;
3 - Лучепоглощающий лист;
4 - Опорные элементы;
5 - Трубный узел;
6 - Отражающий слой;
7 - Сетка-рабица;
8 - Теплоизоляция;
9 - Корпус;
10 - Выходные патрубки.
Солнечный коллектор содержит корпус 9 из древесины, выполненный в виде прямоугольного короба, усиленного крепежными элементами 2 и закрытого светопрозрачнго слоя 1. С обратной стороны корпуса расположена теплоизоляция 8, предназначенная для уменьшения теплопотерь с тыльной стороны коллектора. Внутри корпуса 9 установлен лучепоглощающий лист 3, выполненный из стального листа, покрытого черной эмалью и трубного узла 5, зафиксированного на сетке-рабице 7. Трубный узел соединен с выходными патрубками 10 для подвода и отвода теплоносителя. Лучепоглощающий лист 3 прижат к трубному узлу 5. Светопрозрачный слой 1 закреплен на опорных элементах 4. Изнутри корпус обшит отражающим слоем 6, как и лицевая сторона теплоизоляции 8.
Согласно данному описанию был создан опытный образец.
2
2
Корпус 9 был выполнен из фанеры, светопрозрачный слой 1 был выполнен из прозрачного поликарбоната и закреплен опорными элементами 4, представляющими собой деревянные штапики, лучепоглощающий лист 3 представляет собой стальной лист, с нанесенным на него слоем черной эмали, трубный узел 5 представляет собой гофрированную трубу из нержавеющей стали, которая крепятся к стальной сетке-рабице 7, выходные патрубки 10 состоят из меди, отражающий слой 6 выполнен из фольги, а теплоизоляция 8 сделана из поропласта. Первые испытания были проведены успешно. В солнечном коллекторе теплоизоляция выполнена из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м·°C, корпус коллектора выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности 0,15 Вт/м·°C, а трубный узел коллектора выполнен в виде спирали из гофрированной трубы из нержавеющей стали с шагом, равным от 0,5 до 2 диаметров нагревательных труб средних диаметров гофрированной трубы, и прикрепленной к сетке-рабице, при этом труба с холодным теплоносителем чередуется трубой с горячим теплоносителем, отражающая поверхность нанесена на всю внутреннюю поверхность корпуса устройства, а также на лицевую сторону теплоизоляции.
Устройство работает следующим образом.
Устройство может быть установлено как на земле, так и на различных частях жилых домов, общественных зданий и промышленных сооружений, а также быть интегрировано в строительную конструкцию для снижения теплопотерь и теплотехнических требований к сооружениям ограждающих конструкций.
Световые солнечные лучи (коротковолновое излучение), попадая на поверхность коллектора, проходят через светопрозрачный слой 1, и падая на лучепоглощающий лист 3, а затем и на лежащий под ним трубный узел 5, трансформируются в длинноволновое тепловое излучение, которое поглощается теплоносителем, проходящим по трубному узлу 5. Теплоноситель, нагреваясь, циркулирует под действием динамического давления или при помощи насоса. Теплоизоляция 8 и отражающий слой 6 снижают потери тепла через корпус 9.