Двосторонній сонячний колектор з рідинним адсорбером

1. Двосторонній сонячний колектор з рідинним адсорбером, що містить оболонку з одношарового чи багатошарового матеріалу і розташований у оболонці теплосприймаючий пристрій для передачі тепла теплоносію, на зовнішню поверхню якого нанесене селективне покриття, який відрізняється тим, що світлосприймаючий у діапазоні 3502500 нм пристрій являє собою колектор, сформований двома плоскопаралельними селективними пластинами з розвиненою поверхнею, вкритою зовні відбиваючим інфрачервоні промені всередину покриттям, які поєднані між собою по периметру і забезпечені перетинами, що формують ходи для рідинного селективного поглинаючого теплоносія. 2. Двосторонній сонячний колектор з рідинним адсорбером за п. 1, який відрізняється тим, що він виконаний з термостійкого скла, причому світлосприймаючий пристрій розташований у міделевому перетині сонячного колектора, а ходи колектора теплоносія із зазором 3-5·10-3 м мають форму багатопрохідного лабіринту. 3. Двосторонній сонячний колектор з рідинним адсорбером за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішня поверхня плоскопаралельних прозорих U 2 (19) 1 3 кож ціну, оскільки він складається з кольорових металів. Найбільш близьким до корисної моделі, що заявляється за суттю і досягнутим результатом є сонячний колектор [Патент WO/2008/150189], обраний прототипом. Цей колектор містить оболонку з одношарового чи багатошарового матеріалу і розташований в ній теплосприймаючий пристрій для передачі тепла теплоносію, на зовнішню поверхню якого нанесене селективне покриття. Недоліками відомого сонячного колектора є складна геометрична конфігурація колектора і світлосприймаючого пристрою, що утруднює процес його виготовлення, збільшує габарити і підвищує вартість. До того ж, він має лише фронтальну і бокову світлосприймаючі поверхні, що зменшує вироблення теплової енергії. Оскільки селективне покриття розташоване на зовнішній поверхні світлосприймаючого пристрою, воно є додатковою ланкою термічного опору у ланцюзі поглинання та передачі променевої енергії теплоносію через оболонку. Запропонована корисна модель має з колектором-прототипом наступні спільні ознаки: - оболонки з одношарового або багатошарового матеріалу; - пласку теплосприймаючу панель з каналами для протікання рідкого теплоносія, у якій на всьому протязі розташовані з кожного боку два додаткових теплосприймаючих елемента; - селективне покриття, поглинаюче сонячну радіацію. Відмінними ознаками запропонованої корисної моделі і прототипу є те, що вона містить: - світлосприймаючий пристрій, що поглинає сонячне випромінювання у діапазоні 350-2500 нм з усіх боків; - світлосприймаючий пристрій, що поглинає сонячне випромінювання теплоносієм і/чи селективним покриттям, розташованим на внутрішній поверхні плоскопаралельних прозорих пластин; - світлосприймаючий пристрій з ходами у вигляді лабіринту розташований у міделевому перетині сонячного колектора; - зовнішня або внутрішня поверхня оболонки колектора виконана призматичною і вкрита покриттям, що відбиває інфрачервоні промені всередину теплосприймаючого пристрою; - теплоносій і покриття можуть бути виконані селективно прозорими в видимому діапазоні випромінювання за рахунок внесення фотопоглинаючих добавок; - теплоносій містить компоненти, які забезпечують і температуру його кипіння та замерзання від -50° до +120 °С і знижують в'язкість. Запропонована модель спрямована на вирішення наступних задач. 1. Підвищення виробництва теплової енергії за рахунок: - збільшення активної світлопоглинаючої поверхні завдяки участі тильного боку колектора; - зниження термічного опору теплопередачі та концентрації джерел тепловиділення всередені внутрішньої оболонки світлосприймаючого пристрою; 55862 4 - віддзеркалення власного інфрачервоного випромінювання всередину світлосприймаючого пристрою та зменшення відбиття призматичною поверхнею оболонки, особливо косих променів; - застосування нового теплоносія з низькою в'язкістю та селективно поглинаючими випромінювання добавками. 2. Зниження вагогабаритних характеристик і вартості за рахунок: - відсутності металічних частин адсорбера; - зменшення товщини селективних покриттів і теплоносія внаслідок можливості входження сонячних променів в колектор через призматичну поверхню під кутом не менш 45°; - застосування конструкції світлосприймаючого пристрою у вигляді плоскопаралельних пластин, що забезпечує максимальне поглинання та відведення енергії при мінімальних об'ємі й вазі. Ця задача вирішується за допомогою пропонованої корисної моделі. 1. Двосторонній сонячний колектор з рідинним адсорбером (ДСКРА), що містить оболонку з одношарового чи багатошарового матеріалу і розташований у оболонці теплосприймаючий пристрій для передачі тепла теплоносію, на зовнішню поверхню якого нанесене селективне покриття, який відрізняється тим, що світлосприймаючий у диапазоні 350-2500 нм пристрій являє собою колектор, сформований двома плоскопаралельними селективними пластинами з розвиненою поверхнею вкритою зовні відбиваючим інфрачервоні промені в середину покриттям, які поєднані між собою по периметру і забезпечені перетинами, що формують ходи для рідинного селективного поглинаючого теплоносія. 2. ДСКРА за п. 1, відрізняється тим, що він виконаний з термостійкого прозорого скла, причому світлосприймаючий пристрій розташований у міделевому перетині сонячного колектора, а ходи колектору теплоносія із зазором 3-5·10-3 м мають форму лабіринту. 3. ДСКРА за п. 1, відрізняється тим, що зовнішня поверхня плоскопаралельних прозорих пластин світлосприймаючого пристрою або зовнішня чи внутрішня поверхні оболонки колектора виконані призматичними з кутом 45-50°. 4. ДСКРА за п. 1, відрізняється тим, що шар рідинного селективного теплоносія світлосприймаючого пристрою колектора поглинає 90-95 % сонячного випромінювання в діапазоні від 300 до 2500 нм, причому теплоносій може бути виконаний селективно прозорим в діапазонах 400-500 нм, 500-600 або 600-700 нм. 5. Рідинний селективний теплоносій за п. 4, відрізняється тим, що його основу складають вода, хлорид магнію, хлорид літію, диметилсульфоксид або вода, диметилсульфоксид, пропиленгліколь які забезпечують інтервал між температурами його кипіння та замерзання від -50° до +120 °С, в'язкість 1.5-2 мПа (при 20 °С), а також світлопоглинаючі та фотостабілізуючі добавки - оксипохідні бензофенону, нігрозини та металоорганічні барвники. 6. ДСКРА за п. 1, відрізняється тим, що у другому варіанті виконання лицьова та тильна повер 5 хні пластини, а також перетинів ходів світлосприймаючого пристрою колектора зсередини вкриті селективними силіконовими покриттями 8-16 нм завтовшки, які поглинають випромінювання в диапазонах 350-500 нм та від 500-1800 нм для лицьової і тильної сторін відповідно, причому селективне покриття може бути прозорим в діапазонах 400500 нм, 500-600 нм і 600-700 нм. Застосування в нашій конструкції світлопоглинаючого у діапазоні сонячного випромінювання з усіх боків теплосприймаючого пристрою забезпечує поглинання прямих, відбитих і розсіяних сонячних потоків. Це обумовлює підвищення ефективності теплогенерації в 1,15-1,95 раза. Завдяки світлолопоглинанню у ДСКРА додатково зростає ефективність теплогенерації внаслідок того, що поглинута енергія рівномірно розподіляється в об'ємі телоносія. Це знижує тепловтрати за рахунок зменшення конвекції і теплопроведення, а променева складова нагрітого теплоносія відбивається інфрачервоними покриттями назад всередину колектора, що також підвищує ккд теплоперетворення. Прямий безпосередній контакт селективного теплоносія з розвиненою внутрішньою теплосприймаючою поверхнею, до того ж вкритою тонким шаром селективно поглинаючого покриття, додатково знижує тепловтрати. Наявність призматичної поверхні дозволяє зменшити коефіцієнт відбиття сонячного випромінювання і збільшити довжину шляху променів при проходженні селективних покриття і теплоносія, що дає можливість поглинути енергію у тонкому їх шарі. Завдяки цьому ДСКРА має менші габарити, вагу і ціну. Виконання теплоносіїв і покриття селективно прозорими в видимому діапазоні дає змогу вбудовувати різнокольорові ДСКРА у дахові і мансардні конструкції, використовуючи в якості елементу дизайну. Запропоновані теплоносії забезпечують не лише широкий температурний діапазон експлуатації, подовження його строку завдяки тепло- та фотостабільності і здешевлюють його. До того ж, їх в'язкість у кілька разів нижча ніж у традиційного 55862 6 розчину пропіленгліколю, що збільшує коефіцієнт теплопередачі у процесі рекуперації і суттєво зменшує енерговитрати на помпування теплоносія. Це призводить до зменшення габаритів теплообмінної системи та помпи і, відповідно, їх здешевлення. Технічний результат досягається в конструкції ДСКРА внаслідок збільшення поверхні поглинання сонячної енергії та ефективності тепловідведення; зменшення тепловтрат через конвекцію, теплопровідність та променеву складову; зменшення затрат на помпування і вагогабаритних параметрів, подовження строку експлуатації. Сонячний колектор працює наступним чином: На Фіг. 1 зображена схема ДСКРА, що містить вхідний патрубок колектора холодного (6) та патрубок виходу гарячого теплоносія (7), а також сформовані перетинами (9) ходи у формі лабіринту для його циркуляції (шлях проходження зображено стрілками). В процесі циркуляції теплоносій чи селективне покриття (8) поглинають сонячне випромінювання, яке надходить всередину колектора через зовнішню оболонку (4,1) і прозорі пластини з призматичною поверхнею (3), що формують внутрішній простір світлосприймаючого присторю (5). Втрати поглиненого випромінювання у зовнішнє середовище мінімізуються розташованим на внутрішній поверхні зовнішньої оболонки колектора (4, 1) відбиваючим покриттям. За результатами іспитів двох варіантів виконання моделі ДСКРА виявлено, що варіант з селективною рідиною (за пп. 4, 5 формули) є більш ефективним. Це обумовлено тим, що у даному випадку сонячна енергія поглинена теплоносієм концентрується у центральній частині колектора і, таким чином, мінімізуються тепловтрати. Колектор у такому варіанті виконання є всепогодним і може використовуватись цілорічно. Дещо нижчу ефективність продемонстрував варіант колектора з селективним покриттям всередині світлосприймаючого пристрою (за п. 6 формули). Цей варіант колектора краще застосовувати у одноконтурній системі теплообміну, тобто для безпосереднього нагрівання води, що здешевлює вартість генерованої енергії. Недоліком цього варіанту є сезонність використання. 7 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 55862 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601