Солнечный коллектор
SOLAR COLLECTOR

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к солнечным коллекторам, и предназначена для преобразования солнечной энергии в тепловую в системах отопления и горячего водоснабжения как для бытовых потребителей, так и для сельскохозяйственных объектов.
Известен солнечный коллектор (патент RU №2367851 F24J 2/24, 2008 год) содержащий теплопоглощающую панель лучистотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, состоящих из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, которая снабжена с нижней стороны магнитострикционным излучателем с частотой колебаний не более 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,09 мм, подключенным к ультразвуковому генератору.
Также известен солнечный коллектор (патент RU №2550289 F24J 2/24, 2013 г. - прототип) содержащий теплоизолирующий корпус, секционный с каналами для циркуляции теплоносителя радиатор-конвектор, на котором технологично образованы ребра-концентраторы с нанесением селективного поглощающего покрытия черного цвета, два двухкамерных стеклопакета с селективным покрытием, емкости с фазопереходным веществом, горизонтальные и вертикальные тепловоспринимающие распорки и заглушки.
Известный солнечный коллектор позволяет достаточно эффективно использовать солнечную энергию, однако наблюдаются тепловые потери на 30-40% за счет отложения осадка и накипи на стенках канала, по которому циркулирует теплоноситель и недостаточного теплообмена между теплоносителем и стенками канала.
Техническим результатом является повышение эффективности работы солнечного коллектора за счет обеспечения максимального снижения тепловых потерь.
Технический результат достигается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем теплоизолирующий корпус, секционный с каналами для циркуляции теплоносителя радиатор-конвектор, на котором технологично образованы ребра-концентраторы с нанесением селективного поглощающего покрытия черного цвета, два двухкамерных стеклопакета с селективным покрытием, емкости с фазопереходным веществом, горизонтальные и вертикальные тепловоспринимающие распорки и заглушки, согласно изобретению на внешнем ребре-концентратора, расположенного под вертикальными тепловоспринимающими распорками установлены симметрично магнитострик-ционные излучатели с частотой колебаний не более 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,09 мм соединенные с ультразвуковым генератором, при этом внутренняя поверхность вертикальных частей каналов радиатора-конвектора для циркуляции теплоносителя снабжена спиралеобразными ребрами.
Новизна предложенного технического решения заключается в том, что повышение эффективности работы солнечного коллектора решается за счет использования вибрационного воздействия поверхности коллектора достаточно широким спектром частот и амплитуд, создаваемых магнитострикционным преобразователем ультразвукового генератора и наличия спиралеобразных ребер на внутренней поверхности вертикальных стен канала.
Микровибрации при частоте 21,3 кГц и амплитуде колебаний 0,09 мм определены экспериментальным путем 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. Предложенное техническое решение позволяет также 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 следующими чертежами: - на фиг. 1 показана конструкция солнечного коллектора; на фиг. 2 показан поперечный разрез А-А фиг. 1; - на фиг. 3 показан продольный разрез Б-Б фиг. 1
Солнечный коллектор, содержит теплоизолирующий корпус 1, секционный с каналами 2 для циркуляции теплоносителя 3 радиатор-конвектор 4, на котором технологично образованы ребра-концентраторы 5 с нанесением селективного поглощающего покрытия черного цвета, два двухкамерных стеклопакета 6 с селективным покрытием 7, емкости 8 с фазопереходным веществом, горизонтальные и вертикальные тепловоспринимающие распорки 9, заглушки 10. На внешнем ребре-концентратора 5, расположенного под вертикальными тепловоспринимающими распорками 9 установлены симметрично магнитострикционные излучатели 11 с частотой колебаний не более 21,3 кГц и амплитудой колебаний 0,09 мм соединенные с ультразвуковым генератором 12, при этом внутренняя поверхность вертикальных частей каналов 2 радиатора-конвектора 4 для циркуляции теплоносителя снабжена спиралеобразными ребрами 13.
Солнечный коллектор работает следующим образом.
Солнечные лучи, падающие под разными углами и проникающие через двухкамерный стеклопакет 6 с селективным покрытием 7, которое полностью пропускает солнечное излучение, но не дает ему вернуться обратно в окружающую среду, тем самым снижает тепловые потери в солнечном коллекторе, попадают на поверхность радиатора-конвектора 4, выполненного например, из алюминия, меди или биметалла, на которых технологично образованы ребра - концентраторы 5, поверхность которых покрыта селективным покрытием, после чего в процессе многократных отражений на поверхностях ребер концентратора 5 энергетически важная составляющая солнечного луча полностью поглощается. Часть солнечных лучей попадает на емкости 8 с фазопереходным веществом, находящиеся между двумя передними и задними ребрами - концентратора 5, тем самым закрывающие зазоры, образованные при жестком соединении секций между собой. Фазопереходное вещество за период солнечного излучения накапливает в себе полезную энергию, которую впоследствии отдает через стенки канала 2 теплоносителю 3 в часы, когда солнце теряет свою активность.
Солнце-воспринимающая поверхность солнечного коллектора нагревается и начинает равномерно распределять тепловые массы по всему солнечному коллектору, тем самым эффективно передавая его теплоносителю 3. Благодаря рационально выбранному направлению теплоносителя 3, при помощи заглушек 9, будет выполняться быстрый и энергосберегающий водоотбор, а также появится возможность создавать повышенное давление столба жидкости. Использование распорок 7 не только помогает эффективно жестко разместить секции радиатор-конвектора 5 внутри теплоизолирующего корпуса 1, но и дает дополнительную активную площадь для теплообмена. Теплоизолирующий корпус 1, защищает от потерь тепла в окружающую среду и повышает механическую прочность. Для исключения отложения осадка и накипи используют магнитострикционные излучатели 11, которые подключены к ультразвуковому генератору 12. Расположение магнитострикционных излучателей 11 симметрично на внешнем ребре-концентратора 5, под вертикальными тепловоспринимающими распорками 7 обеспечивает равномерное распределение микровибраций по всей высоте радиатора-конвектора 4. В результате воздействия микровибраций происходит турбулизация потока теплоносителя (жидкости) и не образуется накипь на стенках канала, что приводит к улучшению теплопередачи от коллектора теплоносителю. Кроме того, наличие спиралеобразных ребер 13 на внутренней поверхности вертикальных частей каналов 2 радиатора-конвектора 4 способствует снижению внутреннего трения при турболизации потока в теплоносителе, что улучшает его циркуляцию, а также увеличению теплопередачи за счет выступающих частей ребер в полость канала.
Предложенное техническое решение позволяет максимально использовать солнечную энергию и повысить эффективность работы солнечного коллектора.