Сонячний фокусуючий морозотривкий колектор

Сонячний фокусуючий морозотривкий колектор, що містить корпус із світлопрозорим покриттям, паралельно розташовані в ньому приймачі випромінювання, виконані у вигляді листо-трубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, що їх площини симетрії збігаються з головною оптичною площиною відбивача, при цьому радіус відбивача дорівнює ширині приймача, який відрізняється тим, що канал приймача випромінювання виконаний у вигляді ромба з гострим кутом, не перевищуючим 67°С, і з меншою діагональною площиною, що збігається з площиною симетрії пластин приймача, а колекторний трубопровід виконаний у вигляді еліпса з площею, що не перевищує 0,917 площі кола, що має довжину окружності, рівну довжині контурної лінії еліпса. Винахід відноситься до геліотехніки, а саме до нерухомих фокусуючим сонячним колекторам, призначеним для нагрівання теплоносія. Відомий "Сонячний фокусуючий тепловий колектор" по а. с. №1490396, що містить корпус зі світлопрозорим покриттям паралельно розміщеними в ньому приймачами випромінювання у вигляді круглих труб із поглинаючою поверхнею, і оптично зв'язаними з ним відбивачами з напівциліндричною поверхнею. Недоліком даного пристрою є великий об'єм внутрішньої порожнини труби-приймача. У цьому випадку при зниженні температури теплоносія води нижче 0°С, труба приймача має значні руйнування. Найбільш близьким по технічній сутності і результату, що досягається, до пропонованого пристрою, і обраним як прототип, є "Сонячний фокусуючий колектор" по патенту України №31866А, кл-F 24 J 2/14, що містить корпус із світлопрозорим покриттям, паралельно розташовані в ньому приймачі випромінювання у вигляді листо-трубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, що їхньої площини симетрії збігаються з головною оптичною площиною відбивача, при цьому радіус відбивача дорівнює ширині приймача. Недоліком даного прототипу при роботі колектора в зимовий час року є те, що приймачі випромінювання виконані у вигляді листо-трубних пластин із круглими трубами. Об'єм внутрішньої порожнини труби-приймача невеликий, цілком заповнений водою. При температурі рівній 0°С відбувається затвердіння й обсяг води збільшується на 9% (загальновідомий факт). Об'єм внутрішньої порожнини круглої труби приймача збільшитися не може і лід, що утворився в ній, розширюючись, руйнує її. Для запобігання руйнування круглих труб приймача випромінювання при низьких температурах навколишнього середовища застосовуються дорогі двоконтурні системи теплопостачання з використанням дорогих і небезпечних при експлуатації незамерзаючих теплоносіїв. В основу даного винаходу поставлено задачу збільшення терміну служби колектора при низьких температурах навколишнього середовища за рахунок зміни конструктивних форм приймача випромінювання і колекторного трубопроводу. Поставлена задача досягається тим, що у відомому сонячному фокусуючому колекторі, що містить корпус із світлопрозорим покриттям, паралельно розміщені в ньому приймачі випромінювання виконані у вигляді листо-трубних пластин, розміщених у порожнині відбивача таким чином, 5 41762 що їхньої порожнини симетрії збігаються з голоVі лід-VІ вода вною оптичною площиною відбивача, радіус якого = 0,09 (1) дорівнює ширині приймача Канал приймача виV вода промінювання виконаний у вигляді ромба з гост1 де V - об'єм води рим внутрішнім кутом не перевищуючим 67° і з 1 Поперечний переріз каналу об'ємом для воменшою діагональною площиною співпадаючої з ди приймача випромінювання має вигляд ромба площиною симетрії пластин приймача, а колектоПри затвердінні води внутрішній обсяг каналу рний трубопровід виконаний у вигляді еліпса з приймача повинний збільшуватися на 9% площею, що не перевищує 0,197 площі кругу, і має Аналогічно формулі (1) одержуємо довжину окружності, рівну довжині контурної лінії еліпса На фігурі 1 показаний колектор - вид зверху 0_од() На фігурі 2 - перетин по А-А на фіг 1 V вода На фігурі 3 - перетин по Б-Б на фіг 2 З формули (2) щоб не зруйнувався канал виСонячний фокусуючий морозостійкий колектор пливає, що має корпус 1 із світлопрозорим покриттям 2 і паS квадрат лід- S ромба вода = 0,09(3) ралельно розташовані в ньому приймачі випроміS ромба вода нювання 4, розміщені в порожнині відбивача 5 так, що площини симетрії пластин приймача збігаютьде S - площа поперечного переріза каналу ся з головною оптичною площиною відбивача, S квадрата = S макс ромба при рівності один причому радіус відбивача дорівнює ширині приодному периметрів квадрата і ромба Тому що ймача канал при збільшенні внутрішнього об'єму перетеКанали для води 6 (виконані у виді ромба) рплює пружну деформацію зрушення 3 формули (3) випливає, що приймача випромінювання 4 паралельно через колекторні труби 3 приєднані ВІДПОВІДНО ДО ПІДВОS ромба вода < 0,917 S квадрат лід (4) дящого та відводящого патрубка 7 і 8 Збираючі та Відомо, ЩО роздаваючі воду колекторні трубопроводи 3 (виконані у вигляді еліпса) встановлені в пазах днища S ромба = а2 sina (5) корпуса-відбивача S квадрата = а2 (6), Приклад де а - гострий внутрішній кут ромба, Проводили лабораторні іспити по визначенню а - сторона ромба (квадрата) СТІЙКОСТІ труб приймача і колекторного трубопроПідставляючи формули (5) і (6) у формулу (4) воду на вплив, що руйнує коли розширюється лід одержуємо що при затвердінні води в діапазоні низьких темпераSince < 0,917 тур (від 0 до - 250°С) на іспитовому стенді чи а < 67° На фіг 4 показане поперечний переріз А-А Згідно розрахунку одержуємо оптимальні геодюралюмінієвого каналу приймача метричні розміри перетину каналу теплоприймача При температурі теплоносія води вище 0°С, для колектора - прототипу по патенту №31866А поперечний переріз каналу у вигляді ромба АВСД Перетин ромб має наступні оптимальні геометричні розміри вну1 Недеформований стан АВСД (фіг 4) трішній гострий кут < ВАД = 52°, сторона АВ = 10 При < ВАД = 52° мм, площа перетину S АВСД = 78,5мм2, велика 2 S АВСД = 78,5мм діагональ ВД = 8,8мм, товщина стінки каналу А = ВД = 8,8мм Змм АС = 18,0мм При температурах від (0°С до - 25°С) вода заАВ = 10,0мм мерзає і її об'єм збільшується на 9%,що супрово1 1 1 1 Деформований стан А В С Д (фіг 4) джується деформацією каналу, поперечний пере1 1 1 1 Зміна при деформації складе тин А-А якого має вигляд ромба А В С Д (фіг 4) В 1 Д 1 - В Д = 1,2мм Основні геометричні розміри даного ромба 1 1 1 1 1 АС-А 1 С^= 0,8мм мають наступні значення < В А Д = 60°, А В = 1 1 1 1 1 1 1 1 При невиконанні умови по формулі (4) розра10мм, S А В С Д = 86,3мм, А С = 77,2мм, В Д = хунку, якщо (кут а більше 67°), відбувається руй10мм, Л = Змм нування каналу при затвердінні води в лід З отриманих даних випливає, що при фазових Приклад перетвореннях вода-лщ-вода канал приймача в Гострий внутрішній кут ромба дорівнює 90° (< результаті деформації змінює свій внутрішній об'= 90°) При цьому ромб має максимальну площу, єм на 9% При цьому стінки каналу випробують рівну площі квадрата Площа перетину квадрата і, малу деформацію зрушення й канал поводиться отже, внутрішній об'єм каналу при розширенні заяк пружне тіло, не руйнуясь мерзаючої води збільшуватися не може пружна 1 Приклад розрахунку поперечного переріза деформація зрушення відсутня каналу для води теплоприймача, що має вигляд 2 Приклад розрахунку поперечного переріза ромба каналу для води колекторного трубопроводу, що Відомо, ЩО при затвердінні води її об'єм збімає вигляд еліпса льшується на 9% При затвердінні води внутрішній об'єм каналу колекторного трубопроводу повинний збільшуватися на 9% 41762 V лід-V вода V вода = 0,09 (7) V - об'єм каналу З формули (7) щоб не зруйнувався канал випливає, що S коло лід - S еліпс вода S eline вода де S - площа поперечного переріза каналу S еліпса = S макс кола при рівності довжини окружності довжині контурної лінії еліпса, тому що при збільшенні внутрішнього об'єму перетерплює пружну деформацію зрушення З формули (8) випливає ,що S еліпс вода < 0,917S кола лід Згідно розрахунку одержуємо оптимальні геометричні розміри перетину каналу колекторного трубопроводу для колектора-прототипа по патенту №31866А Перетин еліпса 1 Недеформований стан АВСД (фіг. 5) ВД = 28,6мм АС = 14мм S еліпса = 314мм 2 . 2 Деформований стан А1В1С1Д1 (фіг. 5) В 1 Д 1 = 27,6мм А 1 С 1 = 16,0мм S еліпса = 345мм 2 Зміни при деформації ВД-В1Д1=1мм А 1 С 1 - А С = 2мм 3 отриманих даних випливає, що при фазових перетвореннях (вода-лід-вода) канал колекторного трубопроводу в результаті деформації змінює свій внутрішній обсяг на 9% При цьому стінки каналу випробують малу деформацію зрушення й канал поводиться як пружне тіло, не руйнуючись При порушенні умов (S еліпса < 0,917S кола) відбувається руйнування Приклад Колекторний трубопровід має поперечний переріз у вигляді кола S еліпса = 1S кола При замерзанні води даний колекторний трубопровід руйнується, тому що коло має максимальну площу і, отже, внутрішній обсяг каналу при розширенні замерзаючої води збільшуватися не може відсутня пружна деформація зрушення Таким чином, описані конструктивні особливості сонячного фокусуючого морозотривкого колектора запобігає його руйнування при низьких температурах навколишнього середовища Це дозволяє збільшити тривалість роботи колектора з 6 МІСЯЦІВ до 12 МІСЯЦІВ у році і надійно експлуатувати в плині всього року, застосовуючи екологічно чистий і дешевий теплоносій - воду і використовуючи недорогу і надійну одноконтурну систему теплопостачання і А ФІГ. 1 А-к Фіг. 2 Б-Б Фіг. З в 41762 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім'ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119, Україна (044)456-20- 90