СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР
SOLAR COLLECTOR

Изобретение относится к солнечным коллекторам и предназначено для повышения эффективности его работы.
Известен коллектор солнечной энергии - см. патент RU №2253808 7 F24J 2/24, содержащий внутреннюю стеклянную оболочку с прикрепленными к ней трубками для подвода и отвода жидкости и с нанесенным на ее наружную поверхность теплопоглощающем покрытием, где коллектор дополнительно снабжен внешней оболочкой, выполненной в виде плоского объема с полуцилиндрическими гранями по бокам и снабженной расположенными продольными элементами, в которую помешена внутренняя оболочка, при этом внутренняя оболочка снабжена разделительными стеклянными пластинами, выполненная в форме лабиринта, а внутренняя поверхность наружной оболочки выполнена зеркальной и с фронтальной стороны прозрачной для солнечных лучей, а с обратной - не прозрачной.
Известное изобретение наряду с несомненными достоинствами имеет и серьезные недостатки. Первое - конструктивное решение, в частности выполнение его из стекла не позволяет обеспечить надежность в его работе. Второе - устройство требует серьезных затрат на его изготовление, что делает его применение экономически не целесообразным.
Известный солнечный воздухонагреватель (патент RU №2193147, 7 F24J 2/24, 2/34), включающий коллектор двухцелевого назначения, светопрозрачное покрытие, теплоноситель в виде воды и воздуха, аккумулятора тепла. В солнечном воздухонагревателе аккумулятор тепла выполнен двухслойным, причем нижний слой гравийный, а верхний песчаный, труба теплоотвода изготовлена синусоидальной формы и частично утоплена в песчаном слое аккумулятора тепла, у входа трубы установлен край для переключения теплоносителя, при этом воздухонагреватель размещен под углом 30-60° в зависимости от широты местности.
Известное изобретение достаточно сложно в изготовлении, материалоемко и, как показал опыт его практической реализации, имеет существенный недостаток, заключающийся в достаточно низком КПД, что делает его применение в ряде случаев экономически не целесообразным.
Также известен солнечный коллектор (патент RU №2194929, 7 F24J 2/15, 2/24) содержащий корпус со светопрозрачным покрытием и расположенным в нижней его части гелиоприемником, между которыми установлены отражательные элементы в виде зеркальных клиновидных призм. В коллекторе теплоприемник выполнен в виде верхней прозрачной поверхности, на которой установлены призмы, и нижней стенки, центральная часть которой снабжена полусферическими выступами, расположенными в шахматном порядке, контактирующими и поддерживающими своими вершинами верхнюю поверхность теплообменника, а края нижней его стенки выполнены в виде вогнутых полуцилиндрических поверхностей для размещения в них труб с низкокипящем теплоносителем, причем прозрачная поверхность теплоприемника выполнена впукло-выпуклой, а сами призмы - тонкостенными и полыми с вогнутыми боковыми гранями и впукло-выпуклым основанием, точно контактирующим с прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей, полость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей, полость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника и его нижней стенкой заполнена жидкостью с высокой температурой кипения, объем между светопрозрачным покрытием коллектора и прозрачной поверхностью теплоприемника заполнен газом.
Опыт его практической эксплуатации выявил серьезные недостатки, заключающиеся прежде всего в том, что подбор угла установки отражательных элементов не позволяет с высокой эффективностью использовать энергию светового потока в течении всего дня вследствие не предусмотренной возможности оперативно изменять угол отражательных элементов в течении светового дня.
В качестве прототипа авторами выбран солнечный коллектор (см. патент RU №2258874, 7F24J 2/24, 2/34 2003 года), который содержит теплопоглощающую панель лучистотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, последний выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, образующего трубу для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом, при этом его внешняя поверхность, на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью и на ней с двух сторон выполнены внешние продольные ребра, полости которых параллельны полости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами, теплопоглощающая поверхность отдельного параллельного элемента плоская и одно из внешних продольных ребер находится с ней в одной плоскости.
Известное изобретение имеет существенные преимущества по сравнению с ранее разработанными (известными) конструкциями, однако заложенные в нем технические возможности использованы неполностью. В частности, речь идет о повышении теплопередачи от поверхности коллектора к теплоносителю.
Техническим решением задачи является повышение тепловой эффективности.
Поставленная задача достигается тем, что солнечный коллектор, содержащий теплопоглощающую панель лучистотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, состоящих из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, согласно изобретению, теплопоглощающая поверхность снабжена с нижней стороны магнитострикционным излучателем с частотой колебаний не более 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,09 мм подключенным к ультразвуковому генератору.
Повышение эффективности работы солнечного коллектора решается за счет использования вибрационного воздействия поверхности коллектора достаточно широким спектром частот и амплитуд, создаваемых магнитострикционным преобразователем ультразвукового генератора.
Новизна предложенного технического решения заключается в следующем:
- Микровибрации коллектора позволяют ламинарный слой нагреваемого теплоносителя перевести в турбулентный, что в свою очередь позволяет увеличить теплоотдачу от коллектора к теплоносителю см. Г.Шлихтинг «Теория пограничного слоя». - М.: изд. «Наука», 1974 г. стр.48-51.
- Вибрационные характеристики по частоте 21,3 кГц и амплитуде колебаний 0,09 мм определены экспериментальным путем и обеспечивают оптимальный режим коллектора.
- Повышение технических характеристик коллектора позволяет существенно уменьшить массогабаритные показатели, что в некоторых случаях позволяет существенно расширить область возможного применения коллектора в различных вариантах применения коллектора.
- Предложенное техническое решение позволяет получить существенный экономический эффект за счет уменьшения потребления электроэнергии, в частности за счет исключения циркуляционного насоса. Это обстоятельство особенно важно, учитывая тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители.
Предложенное техническое решение поясняется чертежом, где представлена схема солнечного коллектора.
Солнечный коллектор содержит теплопоглощающую панель лучистотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов 1, состоящих из трубы с жидким теплоносителем 2 и труб с газообразным теплоносителем или теплоаккумулирующим веществом 3, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, с нижней стороны которой установлен магнитострикционный излучатель 4 соединенный с ультразвуковым генератором 5, магнитострикционный излучатель имеет частоту 21,3кГц, амплитуду колебаний 0,09 мм.
Солнечный коллектор работает следующим образом. Солнечные лучи, попадая на поверхность коллектора 1, нагревают его. При этом начинается циркуляция теплоносителя по трубопроводам 2,3, одновременно включают в сеть 220 В ультразвуковой генератор 5, выход УЗГ включен на магнитострикционный излучатель 4, в следствие микровибраций коллектора происходит турбулизация потока теплоносителя (жидкости), что приводит к улучшению теплопередачи от коллектора теплоносителю. См. Г.Шлихтинг «Теория пограничного слоя». - М.: изд. «Наука», 1974 г., стр.48-51.
Предложенное техническое решение позволяет, по нашему мнению, повысить эффективность работы солнечного коллектора.