СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР
SOLAR COLLECTOR

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя.
Известен солнечный коллектор, содержащий два боковых крепежных элемента, прозрачное ограждение выпуклой формы из однослойного или многослойного гибкого материала, заднюю стенку, абсорбер, расположенный между прозрачным ограждением и задней стенкой, тепловую изоляцию, размещенную между абсорбером и задней стенкой, и две торцевые крышки, причем боковые крепежные элементы выполнены с наклонным направляющим пазом, прозрачное ограждение закреплено по боковым сторонам в пазах боковых крепежных элементов, задняя стенка выполнена стягивающей боковые крепежные элементы и удерживающей согнутое прозрачное ограждение от распрямления (см. RU 2407957 С1, МПК F24J 2/04, 2010).
Известен также солнечный коллектор, содержащий два боковых и два торцевых профиля, каждый из которых выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей на концах утолщения с направляющими пазами, перпендикулярными стенке, прозрачное ограждение, выполненное из стекла, закрепленного по боковым и торцевым сторонам в верхних пазах боковых и торцевых профилей, заднюю стенку, закрепленную по боковым и торцевым сторонам в нижних пазах боковых и торцевых профилей, абсорбер с трубками для протока теплоносителя, расположенный между стеклом и задней стенкой, и тепловую изоляцию, размещенную между абсорбером и задней стенкой, причем полости боковых и торцевых профилей между пазами заполнены боковой и торцевой тепловой изоляцией (см. DE 20319300 U1, МПК F24J 2/46, 2004).
Поскольку боковые и торцевые профили известного коллектора стыкуются под углом 45°, такая конструкция имеет следующие недостатки.
При изготовлении данного коллектора необходимо каждый из профилей с двух сторон обрезать с высокой точностью по вертикали под углом 45°, выдержав при этом идентичность длины противолежащих профилей. Даже небольшие перекосы при резке профиля по вертикали вызовут появление щелей на угловых стыках, а разница в длине противолежащих профилей вызовет отклонение формы коллектора от прямоугольной, что создаст проблемы при установке прямоугольного стекла в паз. Затем нужно соединить эти боковые и торцевые профили так, чтобы пазы в профилях точно совпали на угловых стыках, иначе стекло и задняя крышка при установке в пазы будут заклиниваться или скалываться на стыках. Указанные проблемы будут усугубляться при тепловом расширении и охлаждении стыкующихся деталей. Любые перекосы при механической нагрузке на коллектор, при его работе и транспортировке также будут приводить к дополнительным напряжениям в стекле, в угловых стыках и вызывать опасность разрушения стекла.
Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции солнечного коллектора, лишенного указанных недостатков.
Техническим результатом от использования настоящего изобретения является упрощение изготовления солнечного коллектора и повышение его надежности.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что солнечный коллектор, содержащий два боковых профиля, каждый из которых выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей на концах утолщения с направляющими пазами, перпендикулярными стенке, прозрачное ограждение, выполненное из стекла, закрепленного по боковым сторонам в верхних пазах боковых профилей, заднюю стенку, закрепленную по боковым сторонам в нижних пазах боковых профилей, абсорбер с трубками для протока теплоносителя, расположенный между стеклом и задней стенкой, и тепловую изоляцию, размещенную между абсорбером и задней стенкой, причем полости боковых профилей между пазами заполнены боковой тепловой изоляцией, согласно изобретению снабжен прозрачной тепловой изоляцией капиллярного типа, расположенной между стеклом и абсорбером, двумя торцевыми П-образными профилями и двумя торцевыми крышками, стекло дополнительно закреплено по торцевым сторонам между торцевыми крышками и верхними полками торцевых П-образных профилей, задняя стенка дополнительно закреплена по торцевым сторонам между торцевыми крышками и нижними полками торцевых П-образных профилей, полости торцевых П-образных профилей между полками заполнены торцевой тепловой изоляцией, верхние пазы боковых профилей выполнены с шириной, превышающей толщину закрепленного в них стекла, а верхние полки верхних пазов на конце снабжены выступом.
Поставленная задача решается и технический результат достигается также тем, что полости торцевых П-образных профилей могут быть обращены в сторону абсорбера.
Поставленная задача решается и технический результат достигается также тем, что торцевые крышки могут быть выполнены с пазами, охватывающими концевые части боковых профилей.
Поставленная задача решается и технический результат достигается также тем, что абсорбер может быть выполнен с селективным покрытием, нанесенным на его поверхность с лицевой стороны, обращенной к стеклу.
Поставленная задача решается и технический результат достигается также тем, что абсорбер может быть выполнен с неселективным черным покрытием, нанесенным на его поверхность с лицевой стороны, обращенной к стеклу.
На фиг.1 представлен поперечный разрез предлагаемого солнечного коллектора.
На фиг.2 - узел А фиг.1.
На фиг.3 - продольный разрез предлагаемого солнечного коллектора.
На фиг.4 - узел Б фиг.3.
На фиг.5 - узел Б фиг.3 в месте вывода штуцера.
На фиг.6 - торцевая крышка, выполненная с пазами, охватывающими концевые части боковых профилей.
Предлагаемый солнечный коллектор (фиг.1-4) содержит два боковых профиля 1, каждый из которых выполнен в виде вертикальной стенки 2, имеющей на концах утолщения с направляющими пазами 3, 4, перпендикулярными стенке 2, два торцевых П-образных профиля 5, две торцевые крышки 6, прозрачное ограждение, выполненное из стекла 7, закрепленного по боковым сторонам в верхних пазах 3 боковых профилей 1 и по торцевым сторонам между торцевыми крышками 6 и верхними полками 8 торцевых П-образных профилей 5, заднюю стенку 9, закрепленную по боковым сторонам в нижних пазах 4 боковых профилей 1 и по торцевым сторонам между торцевыми крышками 6 и нижними полками 10 торцевых П-образных профилей 5, абсорбер 11 с трубками 12 для протока теплоносителя, расположенный между стеклом 7 и задней стенкой 9, тепловую изоляцию 13, размещенную между абсорбером 11 и задней стенкой 9, и прозрачную тепловую изоляцию 14 капиллярного типа, расположенную между стеклом 7 и абсорбером 11, пропускающую солнечные лучи и подавляющую конвективную и радиационную составляющие тепловых потерь. Полости боковых профилей 1 между пазами 3, 4 заполнены боковой тепловой изоляцией 15, а полости торцевых П-образных профилей 5 между полками 8, 10 заполнены торцевой тепловой изоляцией 16 и обращены в сторону абсорбера 11. Верхние пазы 3 боковых профилей 1 выполнены с шириной, превышающей толщину закрепленного в них стекла 7, а верхние полки 17 верхних пазов 3 на конце снабжены выступом 18. Выступ 18 сужает ширину пазов 3 до размера, близкого к толщине стекла 7, и образует внутри пазов 3 камеру для размещения герметика, сохраняющего упругие свойства во всем диапазоне рабочих температур. При установке стекла 7 герметик растекается по всему пространству пазов 3, а его излишек выдавливается наружу и удаляется. Такая конструкция позволяет компенсировать термические расширения сочленяемых деталей и обеспечивает надежную герметизацию внутреннего объема коллектора с боковых сторон. Верхние полки 8 торцевых П-образных профилей 5 служат опорой стекла 7 по торцевым сторонам, а нижние полки 10 профилей 5 передают нагрузку со стороны стекла 7 на заднюю стенку 9 и через нее на торцевые крышки 6 (фиг.6). Торцевые крышки 6 охватывают снаружи стекло 7, боковые профили 1 и заднюю стенку 9, обеспечивая соединение всех элементов корпуса коллектора в единое целое. Торцевые крышки 6 могут быть выполнены с пазами 19, охватывающими концевые части боковых профилей 1. Перед установкой на внутренние поверхности торцевых крышек 6 в местах прилегания сопрягаемых поверхностей стекла 7, концевых частей боковых профилей 1, торцевых П-образных профилей 5 и задней стенки 9 наносится упругий герметик, обеспечивающий герметизацию внутреннего объема коллектора с торцевых сторон и не препятствующий взаимному перемещению сопрягаемых деталей при нагреве и охлаждении. Трубки 12 для протока теплоносителя абсорбера 11 сообщены со сборными трубами 20, соединенными с входными и выходными штуцерами 21, через которые осуществляется подвод и отвод теплоносителя (фиг.5). При выводе с торцевой стороны штуцеры 21 проходят через торцевую тепловую изоляцию 16, торцевые П-образные профили 5 и торцевые крышки 6, а дополнительная фиксация торцевых крышек 9 выполняется с помощью гаек 22 и прокладок 23, установленных на штуцерах 21. Абсорбер 11 может быть выполнен с селективным или неселективным черным покрытием, нанесенным на его поверхность с лицевой стороны, обращенной к стеклу 7.
Описываемый коллектор работает следующим образом.
Солнечные лучи проходят через стекло 7 и прозрачную тепловую изоляцию 14 капиллярного типа (фиг.1, 3), попадают на селективное или неселективное черное покрытие абсорбера 11 и поглощаются им. Прозрачная тепловая изоляция 14 подавляет конвективную и радиационную составляющие тепловых потерь коллектора в окружающую среду. За счет низкого коэффициента излучения покрытия радиационные потери с поверхности абсорбера 11 малы. В результате чего поверхность абсорбера 11 нагревается. В коллектор через штуцеры 21 и сборные трубы 20 поступает жидкий теплоноситель, который, проходя по трубкам 12, размещенным на тыльной стороне абсорбера 11, отводит тепло от его поверхности. Это тепло утилизируется одним из известных способов.
Предлагаемый коллектор может быть использован в тех случаях, когда в общем тепловом балансе коллектора уменьшение тепловых потерь важнее, чем уменьшение энергии, поступающей от солнца. Например, такой коллектор будет более эффективным, если нужно получить высокую температуру теплоносителя (для технологических нужд, для систем солнечного охлаждения в абсорбционном цикле и для других применений) или когда при наличии солнечной радиации температура окружающей среды имеет низкие значения и потери тепла в окружающую среду становятся доминирующим фактором.