Солнечный трубчатый вакуумный коллектор

Техническое решение относится к области гелиоэнергетики, в частности солнечных трубчатых вакуумных коллекторов и может быть использовано для преобразования солнечного тепла в коллекторах.
В качестве прототипа выбран.солнечный трубчатый вакуумный коллектор (СТВК), который содержит вакуумированную оболочку из прозрачного материала, закрепленную на подставке с патрубком присоединения средства вакуумирования, вакуумного нососа, размещенный в ней приемник солнечного излучения, покрытый селективным поглощающим солнечное излучение материалом, который охватывает с тыльной стороны трубку с проточным теплоносителем, и размещенный в диаметральной плоскости вакуумированной оболочки (патент на полезную модель №18057, Украина, 2006. F24J 2/00).
Недостатком известного солнечного трубчатого вакуумного коллектора является использование прямоточной системы протекания теплоносителя, приводящее к закоксованию внутренней части подъемных труб и как результат к снижению теплопередачи, вследствие чего снижается коэффициент полезного действия (КПД) коллектора.
Задачей технического решения является создание устройства позволяющее максимально использовать солнечную энергию на нагрев теплоносителя.
Технической задачей является совершенствование конструкции солнечного трубчатого вакуумного коллектора.
Техническая задача решается тем, что солнечный трубчатый вакуумированный коллектор, включающий вакуумированную оболочку из прозрачного материала, закрепленную на подставке с патрубком соединения средства вакуумирования, размещенный в ней приемник солнечного излучения, покрытый селективным поглощающим солнечное излучение материалом, охватывающий с тыльной стороны термотрубку с теплоносителем и размещенный в диаметральной плоскости вакуумированной оболочки, термотрубка заполнена легкокипящей жидкостью, между головкой термотрубки и гильзой теплоприемника размещен слой теплопроводного материала, сзади прозрачной вакуумированной оболочки расположен вогнутый отражательный элемент (отражатель) солнечного излучения, концентрирующий солнечное излучение на тыльную сторону приемника. Отражатель солнечного излучения выполнен с вогнутой полуцилиндрической поверхностью. Отражатель солнечного излучения выполнен с вогнутой параболоцилиндрической поверхностью.
Под воздействием солнечного излучения жидкость внутри термотрубки испаряется, пары поднимаются в верхнюю часть трубки (головку), где конденсируются, передавая тепло конденсации внешнему теплоносителю. Конденсат стекает внутри термотрубки вниз, цикл повторяется. Передача тепла внешнему теплоносителю происходит через металлическую поверхность головки и гильзу теплоприемника. Солнечный трубчатый вакуумный коллектор с термотрубками способен работать при низких внешних температурах. Установка дополнительного отражателя солнечного излучения вогнутой конструкции с тыльной стороны вакуумированной оболочки из прозрачного материала обеспечит более эффективный нагрев теплоносителя внутри термотрубки.
Признаками полезной модели, которые совпадают с существенными признаками прототипа, является наличие прозрачной вакуумированной оболочки, закрепленной на подставке с патрубком соединения средства вакуумирования приемник солнечного излучения, покрытого селективным поглощающим солнечное излучение материалом, охватывающим с тыльной стороны трубку с теплоносителем и размещенного в диаметральной плоскости вакуумированной оболочки.
Отличительными признаками технического решения являются: трубка с теплоносителем выполнена в виде термотрубки заполненной жидкостью, которая имеет низкую температуру кипения, выполненной с утолщением в верхней части; наличие слоя теплопроводного материала между головкой термотрубки и гильзой теплоприемника способствует повышению процесса теплопередачи; дополнительный отражатель солнечного излучения вогнутой конструкции с тыльной стороны вакуумированной оболочки из прозрачного материала обеспечит более эффективный нагрев теплоносителя внутри термотрубки.
Между совокупностью существенных признаков полезной модели и техническим результатом, который достигается, существует такая причинно-следственная связь. Выполнение солнечного трубчатого вакуумного коллектора, в которого приемник солнечного излучения, покрытый селективным поглощающим солнечное излучение материалом, охватывает с тыльной стороны термотрубку, заполненную жидкостью с низкой температурой кипения, выполненную с утолщением в верхней части. Передача тепла внешнему теплоносителю происходит через металлическую поверхность головки и гильзу теплоприемника. Наличие слоя теплопроводного материала между головкой термотрубки и гильзой теплоприемника способствует повышению процесса теплопередачи. Размещение дополнительного отражателя солнечного излучения вогнутой конструкции с тыльной стороны вакуумированной оболочки из прозрачного материала обеспечит более эффективный нагрев теплоносителя внутри термотрубки, что приведет к увеличению КПД коллектора.
На фиг. 1 схематически изображен солнечный трубчатый вакуумный коллектор; фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1.
Солнечный трубчатый вакуумный коллектор содержит вакуумированную оболочку 1 из прозрачного материала, закрепленную на подставке 2 с патрубком присоединения средства вакуумирования 3 к вакуумному насосу (на фиг. 1 не показан), размещенный в оболочке 1 приемник солнечного излучения 4, выполненный в виде металлической пластины, охватывающий с тыльной стороны термотрубку 5 с легкокипящей жидкостью, размещенный в диаметральной плоскости вакуумированной оболочки. Между головкой термотрубки 6 и гильзой теплоприемника 7 размещен слой теплопроводного материала 8. С тыльной стороны прозрачной вакуумированной оболочки 1 расположен отражатель солнечного излучения 9, концентрирующий солнечное излучение на заднюю сторону приемника 4. Трубка с теплоносителем выполнена в виде термотрубки - герметичной металлической трубки, заполненной жидкостью, которая имеет температуру кипения 30-40°С, выполненной с утолщением в верхней части.
Коллектор работает таким образом. Солнечные лучи падают на прозрачную оболочку 1, в которой через патрубок 3 создан глубокий вакуум, проходят через нее и поглощаются приемником солнечного излучения 4. Высокие оптические характеристики прозрачной оболочки 1, а также низкая способность отражения селективного покрытия приемника 4, обеспечивают аккумуляцию солнечной энергии, которая приходит на приемник 4. Поскольку между оболочкой 1 и приемником 4 создан глубокий вакуум, то практически исключены конвекционные потери в коллекторе. Холодная легкокипящая жидкость, которая расположена в нижней части термотрубки 5, нагревается от приемника 4 и испаряясь перемещается вверх, отбирая от приемника 4 тепло солнечного излучения и поступает к головке 6 термотрубки 5, где передает тепло гильзе теплоприемника 7. от которой отбирается теплоносителем внешнего контура.
Пример 1.
-2
Вакуумированная оболочка 1 имеет вид трубы длиной 1,8 метра и диаметром 0,1 метра, изготовленной из гелиостекла с низким содержанием железа, менее 0,02%, закрепленной на подставке 2, оборудованной патрубком присоединения средства вакуумирования 3 к вакуумному насосу (на фиг.1 не показан) с целью создания глубокого вакуума, не меньше 10Па. Приемник солнечного излучения 4, выполнен в виде металлической пластины, покрытой селективным материалом, например, путем электрохимического осаждения никеля «черный никель», охватывает с тыльной стороны термотрубку 5 с легкокипящей жидкостью. Для повышения передачи тепла внешнему теплоносителю между головкой 6 термотрубки 5 и гильзой теплоприемника 7 наносится слой теплопроводного материала 8. Отражатель солнечного излучения 9, выполненный в виде полуцилиндра, концентрирует солнечное излучение на заднюю сторону приемника 4. При этом КПД солнечного трубчатого вакуумного коллектора повышается на 5-7%.
Пример 2.
-2
Вакуумированная оболочка 1 имеет вид трубы длиной 1,8 метра и диаметром 0.1 метра, изготовленной из гелиостекла с низким содержанием железа, менее 0,02%. закрепленной на подставке 2, оборудованной патрубком присоединения средства вакуумирования 3 к вакуумному насосу (на фиг. 1 не показан) с целью создания глубокого вакуума, не меньше 10Па. Приемник солнечного излучения 4, выполнен в виде металлической пластины, покрытой селективным материалом, например, путем электрохимического осаждения никеля «черный никель», охватывает с тыльной стороны термотрубку 5 с легкокипящей жидкостью. Для повышения передачи тепла внешнему теплоносителю между головкой 6 термотрубки 5 и гильзой теплоприемника 7 наносится слой теплопроводного материала 8. Отражатель солнечного излучения 9, выполненный в виде параболоцилиндра, концентрирует солнечное излучение на заднюю сторону приемника 4. При этом КПД солнечного трубчатого вакуумного коллектора повышается на 7-10%.
С тыльной стороны прозрачной вакуумированной оболочки 1 расположен вогнутый отражатель солнечного излучения 9, концентрирующий солнечное излучение на заднюю сторону приемника 4. Отражатель солнечного излучения выполнен в виде полуцилиндра или параболоцилиндрическим.
Техническое решение позволит максимально использовать солнечную энергию на нагрев теплоносителя внутри термотрубки, практически исключить тепловые потери и увеличить общий КПД коллектора на 5-10%.