ВАКУУМНАЯ ТРУБКА СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА

Техническое решение относится к гелиоэнергетике, к устройствам, предназначенным для поглощения солнечной энергии со следующим ее превращением на тепловую энергию, в частности к вакуумным трубкам солнечных коллекторов, и может быть использовано в системах отопления и горячего водоснабжения.
Вакуумные трубки являются одной из важнейших составляющих солнечных водонагревательных систем. Каждая вакуумная трубка являет собой длинномерную цилиндрическую колбу из прозрачного стекла с двумя стенками, между которыми образован вакуум.
2
2
2
2
Внутренняя стенка трубки покрыта тонким слоем черного анодированного алюминия, обеспечивающим поглощение более 95% солнечного излучения, или же специальным селективным покрытием (ТЬгее - 1аг§ес1, 8т§1е Таг§ед), которое обеспечивает максимальное поглощение тепла с минимальным отражением солнечной энергии. Для поддержания вакуума между двумя стеклянными стенками трубки используется бариевый газопоглотитель. В процессе производства газопоглотитель подвергается действию высоких температур, в результате чего нижний конец вакуумной трубки покрывается слоем чистого бария. Этот слой бария в дальнейшем поглощает СО, С0, N2, 0, Н0 и Н, которые выделяются из внутренней поверхности колбы при ее хранении и эксплуатации, поддерживая, таким образом, состояние вакуума.
Из уровня техники известна также вакуумная трубка солнечного коллектора системы «пеа1 р1ре», выполненная в виде цилиндрической стеклянной колбы с внешней и внутренней стенками, которая изготовлена из высокопрочного, стойкого к атмосферным воздействиям боросиликатного стекла с высокой способностью пропускать солнечное излучение. На внутреннюю стенку трубки нанесено абсорбирующее покрытие,   которое   поглощает  тепло.   Горловина   вакуумной трубки
т
солнечного коллектора оснащена резьбовой поверхностью, которая может быть или непосредственно изготовлена на внешней поверхности стенки трубки солнечного коллектора, или же оснащена металлической резьбовой насадкой (см. патент СЫ201206909 Корпорации 8ипгат 8о1аг Епег§у (Китай), кл. Р24 2/05, публ. 11.03.2009 г.).
Известное техническое решение, выбранное в качестве прототипа, обеспечивает крепкое соединение горловины трубки с корпусом теплообменника солнечного коллектора и, как следствие, более надежную его работу. Однако оно не может выявить случаи нарушения теплового режима работы коллектора в процессе его эксплуатации, возникающие, как правило, при потере герметичности трубки либо в связи с ухудшением теплового контакта вакуумной трубки с теплообменником. В этом случае температура внутри трубки становится ниже или, соответственно, выше номинальной, которая находится в пределах 60 - 80°С.
Визуально выявить вышедшую из строя вакуумную трубку сложно, учитывая, что обычно таких трубок в коллекторе не менее 20-ти, особенно когда таких коллекторов много, и размещены они на больших площадях тепловых станций. Кроме того, наличие резьбовой структуры на горловине (прототип) каждой такой трубки уменьшает участок возможного визуального контроля целостности трубки.
Задачей, поставленной в основу данного технического решения, является усовершенствование конструкции вакуумных трубок путем создания технических возможностей для визуального контроля их термического режима работы с целью оперативного выявления нарушений эксплуатации солнечного коллектора.
Решение данной задачи достигается тем, что вакуумная трубка солнечного коллектора, которая выполнена в виде стеклянной цилиндрической колбы с внешней и внутренней стенками, с вакуумированным пространством между ними, причем ее внутренняя стенка
содержит светопоглощающее покрытие, согласно данному техническому решению колба оснащена термоиндикаторным элементом. В конкретных вариантах выполнения термоиндикаторный элемент может быть реализован в виде участка напыленного на стенку колбы термохромного пигмента, участка со слоем термочувствительной краски, нанесенной на стенку колбы, или же выполнен в виде содержащей термохромный пигмент наклейки на стенку колбы.
Причинно-следственная связь между совокупностью признаков заявленного технического решения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что введение в состав цилиндрической колбы термоиндикаторного элемента обеспечивает возможность быстрого выявления вышедших из строя в процессе эксплуатации вакуумных трубок на основании изменения его цвета в случае нарушений температурного режима работы трубки.
Термочувствительная краска являет собой высокодисперсную суспензию термохромного пигмента на основе органических и неорганических соединений и связующих с органическими растворителями, известных из уровня техники (см., например, патент РФ № 2398736 на изобретение "Термоиндикаторная композиция", кл. С01В 25/45, публ. 10.09.2009 г., а также патент Украины № 62706 на полезную модель, кл. О02Р 1/015, публ. 29.09.2011 г.).
Суть предлагаемого технического решения объясняется чертежами, представленными на Фиг. 1, Фиг.2.
Вакуумная трубка представляет собой стеклянную цилиндрическую колбу 1, изготовленную из прозрачного сверхпрочного боросиликатного стекла, с горловиной 2, внешней стенкой 3, внутренней стенкой 4, с вакуумированным пространством 5 между ними для избегания кондуктивных и конвективных теплопотерь. На внутреннюю стенку 4 стеклянной колбы 1 нанесено светопоглощающее покрытие 6 из специального селективного состава, который обеспечивает поглощение
тепла с минимальным отражением солнечной энергии. Внешняя поверхность одной из стенок колбы 1 содержит термоиндикаторный элемент, который содержит термохромный пигмент, напыленный на поверхность стенки 3 или 4, либо нанесенный в форме термочувствительной краски или же в виде наклейки из термоиндикаторной пленки. Как варианты - термоиндикаторный элемент может наноситься в виде кольцевой полоски 7 (фиг.1) либо в форме квадрата 8 или круга 9 (фиг. 2) на внешнюю поверхность внутренней стенки 4 или же на внешнюю поверхность внешней стенки 3 колбы 1.
Предлагаемая конструкция работает таким образом. Поток солнечного излучения падает на поверхности вакуумных трубок 1. Внутренняя поверхность стенки 3, покрытая специальным селективным слоем светопоглощающего покрытия 6, который хорошо абсорбирует солнечную энергию и препятствует потерям тепла, нагревается и передает тепло медной трубке теплообменника (не показано). Жидкость внутри трубки закипает, пар поднимается вверх к конденсатору тепловой трубки. В конденсаторе пар отдает энергию холодным стенкам трубки теплообменника, конденсируется, охлаждается и стекает обратно в горячую область медной трубки. Стенки конденсатора трубки нагреваются и отдают тепло жидкости, протекающей через коллектор. Далее процесс повторяется. Происходит прямая теплопередача солнечной энергии воде без участия других устройств.
В случае разгерметизации одной или нескольких трубок коллектора эффективность теплопоглощения резко падает, в результате чего температура внутри колбы снижается, соответственно изменяется цвет термоиндикаторного элемента, что сразу становится заметно по сравнению с цветом термоиндикаторных элементов других трубок. Аналогичным образом, при ухудшении теплового контакта вакуумной трубки с теплообменником снижается отбор тепла из внутренней поверхности стеклянной колбы 1. При этом в период максимального
солнечного облучения или малого водозабора температура в неисправной вакуумной трубке может достигать 250°С, что сразу фиксируется изменением цвета термоиндикаторного элемента 7 (8; 9).
Предлагаемая конструкция вакуумной трубки позволяет значительно облегчить условия эксплуатации и технического обслуживания солнечных водонагревателей.