Многофункциональный воздушный солнечный коллектор

Полезная модель относится к гелиотехнике, предназначена для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию воздуха в дневное время суток и охлаждения воздуха и получения пресной воды в ночное и может быть использована как основной или дополнительный термопреобразователь в системах теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений.
Известен солнечный воздухонагреватель (RU 2009410 С1), который содержит теплоизолированный корпус с прозрачным покрытием и плоский поглотитель, выполненный в виде капиллярной структуры и разделяющий корпус на верхний и отводящий воздушные каналы. Часть капилляров выполнена тупиковыми, а в поглотителе выполнены открытые в сторону нижнего канала полости, сообщенные с проходными капиллярами. Верхний подающий канал подключается к патрубку подачи холодного воздуха, а нижние полости к сборному коллектору нагретого воздуха.
Основным недостатком этого и большинства воздушных солнечных коллекторов является сложность конструкции и, соответственно, их стоимость.
Задача полезной модели - создание простого в изготовлении и использовании, надежного и экономичного устройства, позволяющего использовать энергию солнца для теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений и получения пресной воды.
Технический результат достигается тем, что в многофункциональном воздушном солнечном коллекторе, содержащем теплоизолированный корпус, плоский перфорированный поглотитель, поглотитель выполнен в виде многослойной перфорированной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели и горизонтально установлен в верхней части корпуса, обращенной к Солнцу, а нижняя часть корпуса полая и выполнена в форме усеченной пирамиды, большое основание которой обращено к поглощающей панели, а меньшее основание соединено с отделителем жидкости, выполненного в форме полого цилиндра, на одной из граней которого выполнен воздухоотводящий канал, соединенный со всасывающей полостью вентилятора, а нижняя часть отделителя жидкости соединена со сборником конденсата чашевидной формы, в узкой части которого установлены патрубок и клапан, при этом отделитель жидкости, воздухоотводящий канал и сборник конденсата образованы стенками корпуса коллектора.
В заявляемой конструкции прозрачная изоляция отсутствует. Отсутствие прозрачной изоляции существенно упрощает и удешевляет конструкцию, а горизонтальное расположение позволяет более экономно использовать площадь поверхности. Поскольку поглощающая поверхность имеет минимальную площадь на границе с окружающим воздухом, и поскольку расположение солнечного коллектора выбирается горизонтальным, то конвективные потери в окружающую среду будут минимальными, что обеспечит высокий уровень эффективности. Температура ночного небосвода намного ниже окружающего воздуха, поэтому температура поглощающей панели в ночное время за счет лучистого теплообмена, будет ниже температуры окружающей среды. Прокачка воздуха через такой солнечный коллектор в ночное время обеспечит его охлаждение до температуры, которая ниже температуры окружающей среды, а также конденсацию влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, что при наличии должных аккумуляторов (холода и пресной воды), обеспечит хладоснабжение (кондиционирование) в водоснабжение в дневное время.
В качестве перфорированной многослойной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели может быть использован набор установленных друг над другом металлических сеток, площадь поверхности которых от верхней к нижней возрастает. Например, при использовании в качестве перфорированной многослойной поглощающей поверхности 3-х слоев сеток площади поверхности распределяются по глубине следующим образом: первый слой - 10%, второй слой - 30%, а третий слой - 60% общей поверхности сеток, при этом расстояние между слоями принимается равным десяти диаметрам проволоки, из которой состоит сетка.
Сущность предложенного технического решения поясняется фиг. 1. Многофункциональный воздушный солнечный коллектор состоит из теплоизолированного корпуса (1), в котором установлены плоский перфорированный поглотитель в виде перфорированной многослойной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели (2), отделитель жидкости инерционного типа (3), сборник конденсата (6) и вентилятор (4), управляемый клапан (5) для слива конденсата.
Представленный на фиг. 1 многофункциональный воздушный солнечный коллектор работает в двух режимах - дневном и ночном.
Рассмотрим дневной режим. Управляемый клапан (5) при отсутствии осадков закрыт, вентилятор (4) включен, при наличии осадков клапан (5) открыт, а вентилятор остановлен. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где нагревается под действием солнечного излучения и направляется потребителю, например, в бак-аккумулятор тепла.
Рассмотрим ночной режим. Управляемый клапан (5) открывается периодически, когда сборник конденсата (6) заполняется конденсатом, вентилятор (4) включен. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где охлаждается за счет радиационного теплообмена между поглощающей панелью и ночным небосводом, температура которого ниже температуры наружного воздуха и направляется потребителю, например, в бак-аккумулятор холода. Сконденсированная при охлаждении наружного воздуха влага после отделителя жидкости (3) скапливается в сборнике конденсата (6) и через открытый клапан (5) поступает потребителю, например в бак-накопитель конденсата. В случае осадков вентилятор (4) также остается включенным.
Пример работы заявленной полезной модели на базе солнечной установки, представленной на фиг.2. Солнечная установка включает многофункциональный воздушный солнечный коллектор, состоящий из теплоизолированного корпуса (1) с перфорированной многослойной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панелью (2), отделителем жидкости инерционного типа (3), сборником конденсата (6) и вентилятором (4), управляемым клапаном (5) для слива конденсата. Конденсат через систему очистки (17) поступает в бак-накопитель (7), которые последовательно соединены между собой трубопроводами. Баки аккумуляторы тепла (11) и холода (13) соединены с нагнетательной полостью вентилятора (4) воздухопроводами через переключаемый трехходовой клапан (12), а также сообщаются с окружающей средой воздухопроводами через переключаемый трехходовой клапан (16). Потребители холода (15) и тепла (9) соединены с соответствующими аккумуляторами трубопроводами и циркуляционными насосами, соответственно (14) и (10).
Представленная на фиг.2 установка с использованием многофункционального воздушного солнечного коллектора работает в двух режимах - дневном и ночном.
Рассмотрим дневной режим. Переключающийся клапан (5) при отсутствии осадков закрыт, вентилятор (4) включен, при наличии осадков клапан (5) открыт, а вентилятор остановлен, трехходовые клапаны (12) и (16) переключены на аккумулятор тепла. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где нагревается и через клапан (12) направляется в бак-аккумулятор тепла (11), где отдает свою теплоту и далее выбрасывается через клапан (16) в окружающую среду. При этом потребитель тепла (9) получает теплоту от теплоносителя, циркулирующим между ним и баком аккумулятором посредством циркуляционного насоса (10).
Рассмотрим ночной режим. Переключающийся клапан (5) открывается периодически, когда сборник конденсата (6) заполняется конденсатом, вентилятор (4) включен, трехходовые клапаны (12) и (16) переключены на аккумулятор холода. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где охлаждается и через клапан (12) направляется в бак-аккумулятор холода (13), где отдает свой холод и далее выбрасывается через клапан (16) в окружающую среду. При этом потребитель холода (15) получает холод от теплоносителя, циркулирующим между ним и баком аккумулятором посредством циркуляционного насоса (14). Сконденсированная при охлаждении наружного воздуха влага после отделителя жидкости (3) скапливается в сборнике конденсата и через открытый клапан (5) через систему чистки (17) поступает в бак-накопитель конденсата (7). В случае осадков вентилятор также остается включенным.
В результате осуществления предлагаемой полезной модели получаем простое в изготовлении и использовании, надежное и экономичное устройство, позволяющее использовать энергию солнца и холод ночного небосвода для теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений, а также получения пресной воды.