Сонячний колектор

1. Сонячний колектор, що містить вхідний і вихідний патрубки для теплоносія, рамний корпус з теплоізоляцією і поглинаючою полімерною панеллю, на якому розміщене прозоре покриття з полімерної плівки, який відрізняється тим, що об'ємна конструкція прозорого покриття утворена двома шарами нерозрізаного рукава полімерної плівки, всередині якого встановлена рамка з натяжним пристроєм і прозорим каркасом з поздовжніх і поперечних профільованих елементів, а по периметру рамка притиснута до корпусу за допомогою зовнішніх поперечних прозорих планок, при цьому герметичність зімкнених відрізних сторін рукава забезпечена за допомогою з'єднання поздовжніх бортів рами корпусу і притискних смуг, а ширина зімкнених вказаними смугами шарів Корисна модель відноситься до галузі геліотехніки і може бути використана в індивідуальних установках сезонного гарячого водопостачання житлових будинків, дачних ділянок, в фермерських господарствах, кемпінгах і т.д. Відомий сонячний колектор (СК) [1], який має корпусну теплоізоляцію зі спіненого полімера, прозору ізоляцію і променепоглинаючу панель з гнучкого матеріалу - полімерних плівки або листа. У вказаній конструкції СК канали для теплоносія утворені пласкою або фігурною панеллю і заглибленнями, зробленими безпосередньо в тілі теплоізоляції. При цьому панель і теплоізоляція з'єднані між заглибленнями герметично за допомогою склеювання або вулканізації. Нероз'ємна конструкція пласкої панелі з полімерної плівки та теплоізоляції корпуса робить такий СК практично неремонтноздатним. При обмеженому терміні служби плівки (1-4-2 сезони) це не дозволяє при необхідності проводити її заміну і плівки складає щонайменше два поперечних розміри верхньої смуги. 2. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що між нижньою поверхнею прозорого покриття і поглинаючою полімерною панеллю встановлено ряд поперечних щілинних гідрозатворів, в яких верхній елемент з Т-подібним розрізом розміщений проти профільованого поперечного елемента прозорого каркаса і зовнішньої притискної планки. 3. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що нижній шар прозорого покриття виготовлений з плівки чорного кольору, при цьому спаяні з'єднання прозорої і чорної плівки знаходяться на сторонах рамки поперечних дії зусилля натяжного пристрою, а нижня плівка чорного кольору утворює з полімерною панеллю щілинний канал, всередині якого розміщений ряд поздовжніх елементів з високою теплопровідністю. 4. Сонячний колектор за пп. 2, 3, який відрізняється тим, що верхні і нижні ділянки його корпусу, крім вхідного і вихідного патрубків для теплоносія, обладнані дренажними каналами, які безпосередньо зв'язані з навколишньою атмосферою. тим самим використовувати такі переваги плівки, як дешевизна, широка номенклатура, технологічність і доступність матеріалу. Панель із листового полімерного матеріалу з відформованими виступами і заглибинами для зберігання їх геометричної форми повинна мати відповідну товщину (не менше 2-3 мм). У зв'язку з низькою теплопровідністю полімерів це призводить до суттєвого перевищення температури зовнішньої поверхні панелі над температурою теплоносія в каналах і, як наслідок, збільшення теплових втрат СК в навколишнє середовище. Для вказаних матеріалів доцільніше застосовувати конструкцію панелі, в якій вся променепоглинаюча поверхня безпосередньо омивається теплоносієм. Для індивідуальних установок сезонного користування, в основному, застосовуються одноконтурні схеми нагріву води без її попередньої підготовки. Це приводить до швидкого відкладання накипу в каналах, їх заростання, зниженню витрат води і погіршенню, тим самим, експлуатаційних CD ю 5916 характеристик СК Відомий СОНЯЧНИЙ колектор [2, 3], який містить вхідний і вихідний патрубки для теплоносія, корпус з бортами по периметру, поглинаючу панель (екран) і прозорі покриття, які виконані з полімерної плівки В цій конструкції використовується вільна безнапірна течія теплоносія по похилій поверхні панелі під дією сил тяжіння, а для забезпечення рівномірної і стійкої течи плівки пропонується на поглинаючій панелі (екрані) з полімерної плівки розмістити листовий перфорований матеріал або плетену сітку з вічками В реальній конструкції технологічно складно створити ідеально рівну поверхню полімерної плівки поглинаючої панелі з необхідною для СК площею більш 1 кв м Ефективне використання сітки передбачає її щільний контакт з поверхнею плівки В той же час приклеювання чи подібна йому операція суттєво ускладнюють і роблять дорожчими ремонтні і вщновлювальні роботи В результаті втрачається одна з основних переваг використовуваних матеріалів -можливість профілактичної чи сезонної заміни в СК дешевої полімерної плівки Крім того плетена сітка з глибиною вічка менш 1 мм практично не впливає на швидкість і, як наслідок, СТІЙКІСТЬ течи при кутах нахилу більше 10-15°, характерних для більшості конструкцій існуючих дахів Використання перфорованого листового матеріалу, глибина вічок якого фактично буде визначатися кутом нахилу даху, потребує вже обов'язкової технологічної операції склеювання (або подібній їй) листа з плівкою, що суттєво знижує ремонтоздатнють, а також погіршує експлуатаційні характеристики СК через збільшення його теплової інерційності До вказаних вище зауважень слід також додати високі теплові втрати внаслідок тепломасообміну між відкритим потоком теплоносія і прозорим покриттям з одинарної полімерної плівки В основу корисної моделі поставлене завдання створення сонячного колектора, в якому шляхом використання м'яких і жорстких полімерних і композитних матеріалів в прозорому покритті і корпусі з променепоглинаючою панеллю забезпечуються високі теплотехнічні характеристики сонячного колектора при зниженні його маси і вартості застосовуваних матеріалів, спрощення технологи виготовлення головних вузлів, їх монтажу, профілактичного і сезонного ремонту в процесі експлуатації і за рахунок цього збільшується економічна ефективність роботи сонячного колектора, яка дозволяє швидко окупити затрати на створення і обслуговування сонячного колектора в межах одного експлуатаційного сезону Поставлене завдання вирішується тим, що в сонячному колекторі містяться вхідний і вихідний патрубки для теплоносія, рамний корпус з теплоізоляцією і поглинаючою полімерною панеллю, на якому розміщене прозоре покриття з полімерної плівки, відповідно до корисної моделі об'ємна конструкція прозорого покриття утворена двома шарами нерозрізаного рукава полімерної плівки, в середині якого встановлена рамка з натяжним пристроєм і прозорим каркасом з поздовжніх і поперечних профільованих елементів, а по перимет ру рамка притиснута до корпусу за допомогою ЗОВНІШНІХ поперечних прозорих планок, при цьому герметичність зімкнених відрізних сторін рукава забезпечена за допомогою з'єднання поздовжніх бортів рами корпуса та прижимних смуг, а ширина зімкнених вказаними смугами шарів плівки складає, по меншій мірі, два поперечних розміри верхньої смуги Крім того між нижньою поверхнею прозорого покриття і поглинаючою полімерною панеллю встановлено ряд поперечних щільових пдрозатворів, в яких верхній елемент з Т-подібним розрізом розміщений проти профільованого поперечного елемента прозорого каркасу і зовнішньої притискаючої планки Ще однією ВІДМІННІСТЮ є те, що нижній шар прозорого покриття може бути зроблений з плівки чорного кольору, при цьому спаяні з'єднання прозорої і чорної плівки знаходяться на боках рамки поперечних дії зусилля натяжного пристрою, а нижня плівка чорного кольору утворює з полімерною панеллю щілинний канал, в середині якого розміщений ряд поздовжніх елементів з високою теплопровідністю Крім того верхня і нижня ділянки корпусу СК крім вхідного і вихідного патрубків для теплоносія забезпечені дренажними каналами, які безпосередньо зв'язані з навколишньою атмосферою Виконання прозорого покриття із стандартного рукава полімерної плівки з розміщеною в ній рамкою з прозорим каркасом і натяжним пристроєм дозволяє повніше використовувати сонячну енергію за рахунок прозорості плівки для інфрачервоного випромінення і дає можливість створити легку і жорстку конструкцію двошарової прозорої ізоляції, що суттєво зменшує теплові втрати СК конвекцією і випроміненням При цьому простий і надійний спосіб з'єднання прозорого покриття з бортами корпусу з допомогою притискних смуг і ЗОВНІШНІХ поперечних прозорих планок не потребує кваліфікованої праці і великих витрат часу Таким чином з врахуванням того, що один погонний метр стандартного рукава поліетиленової плівки шириною 1,5 м і товщиною 150-300 мкм коштує лише біля 1 у о , відкривається можливість в прозорому покритті при необхідності міняти плівку кожного нового сезону Крім того легкість монтажу і демонтажу вказаної конструкції прозорого покриття дозволяє періодично проводити чистку ( промивку) внутрішньої теплообмінної поверхні СК від накипу і тим самим підтримувати на високому рівні його експлуатаційні характеристики Встановлення поперечних щілинних пдрозатворів, рівномірно розміщених по ходу руху теплоносія, дозволяє розділити внутрішній об'єм СК на ряд окремих ділянок Максимальна швидкість течи теплоносія на кожній ДІЛЯНЦІ визначається й нахилом і довжиною, тому що при проходженні кожного пдрозатвора вона гальмується практично до нульового значення Вибираючи відповідну довжину ділянки між пдрозатворами, як для гладкої поверхні поглинаючої панелі, так і для панелі з канавками чи іншими направляючими можна досягти стійкої плівкової течи теплоносія в СК для будь яких дахів з кутом нахилу більше 10-15° 5916 Крім того в робочому режимі, при течи води пдрозатвори утворюють впродовж СК замкнені об'єми, які обмежують поздовжні конвективні пароповітряні потоки, що суттєво знижують теплові втрати При переході на холостий режим незначна КІЛЬКІСТЬ води в щілинному пдрозатворі достатньо швидко випариться і конвективний повітряний потік (знизу вверх) буде перешкоджати перегріву поверхні поглинаючої панелі Розміщення в один ряд з безпосереднім механічним контактом поперечних елементів пдрозатвора, прозорого каркасу і ЗОВНІШНІХ прозорих планок дозволяє створити жорстку і надійну конструкцію прозорого покриття з полімерної плівки з обмеженням можливих перегибів і стійкою до вітрової дії Для пласких дахів з кутом нахилу менше 15° технічно обгрунтованою (незважаючи на невелику МІЦНІСТЬ полімерних плівок) Є конструкція СК з повним заповненням каналів колектора теплоносія при обмеженому напорі, який визначається геометричною різницею рівня вхідної І вихідної ділянок (не більш 0,3 м водяного стовпа) В цьому випадку при збереженні всіх перерахованих вище переваг запропонованого прозорого покриття можливо спростити конструкцію СК, застосувавши для нижнього шару вказаного покриття плівку чорного кольору, і придати їй, таким чином, функцію поглинаючої панелі, яка омивається знизу потоком теплоносія При цьому в робочому режимі незначна товщина нижнього шару чорної плівки (не більше ЗООмк) практично не приведе до збільшення перепаду температур між поглинаючою поверхнею і теплоносієм Встановлення в щілинному каналі (утвореному полімерною плівкою чорного кольору і листовою полімерною панеллю рамного корпусу) поздовжніх елементів дозволяє уникнути прогину і торкання плівки листової полімерної панелі Крім того, за рахунок високої теплопровідності вказаних елементів, в щілинному каналі покращуються умови теплообміну і здійснюється перерозподіл температури поля вздовж СК, що знижує загрозу перегріву його вхідної і вихідної ділянок, як при холостому так і при робочому режимі експлуатації Наявність у верхній і нижній ДІЛЯНЦІ корпусу СК дренажних каналів, безпосередньо зв'язаних з навколишньою атмосферою, дозволяє за рахунок вирівнювання тиску забезпечити стабільний режим безнапірної течи теплоносія в СК і підвищити надійність кріплення прозорого кріплення при вітровій дії На фіг 1 зображено сонячний колектор (вид збоку), на фіг 2 - те саме (розріз А-А на фіг 1), на фіг 3 - те саме згідно п 3 формули винаходу, на фіг 4 - те саме (розріз Б-Б на фіг 3) Сонячний колектор містить жорсткий рамний корпус, який складається з поздовжніх бортів 1 і перекладин 2, між якими розміщена теплоізоляція З у вигляді оброзмірених матів з базальтової вати, герметично загорнутих полімерною плівкою Всередині рамного корпусу встановлена поглинаюча панель 4 з листового полімерного матеріалу типу гумопласта чорного кольору Борти і перекладини виготовляються з дерева просоченого антисептиком або профільованих довгомірних елементів з жорстких полімерів Кріпильні деталі корпуса, в число яких входять нижні фланці -пластини 5 і верхні кутові фланці 6 можуть бути виготовлені з металу або жорсткого композитного матеріалу В нижній ДІЛЯНЦІ корпуса СК встановлюється збірна посудина 7, яка має патрубок 8 для відводу гарячої води і дренажний канал 9 Верхня ділянка корпусу також має патрубок 10 для підводу води, поріг 11 і дренажний канал 12 Рамний корпус може бути встановлений на спеціальній конструкції з оптимальною орієнтацією СК до горизонту або на вже існуючому даху В останньому випадку незалежно від виду (плоска чи хвиляста 13) і матеріалу покрівлі рамний корпус за допомогою пластинфланців 5 і проставочних елементів 14 кріпляться безпосередньо до несучої конструкції даху, яка включає стропила з латами 15 Прозоре покриття складається з нерозрізаного рукава полімерної плівки 16, всередині якого встановлена рамка 17 з натяжним пристроєм, який являє собою рухому планку 18 і пару елементів типу гайка-гвинт 19 Рамка містить прозорий каркас з поперечних 20 і поздовжніх 21 профільованих елементів з полікарбонату При масовому виробництві запропонованого СК прозорий каркас з полікарбонату може бути виконаний у вигляді сотової конструкції Відрізні сторони рукава герметично стискаються з допомогою верхньої 22 і нижньої 23 притискних смуг і за допомогою болтового з'єднання 24 (або затискачів типу струбцин) закріплюються на кутовому фланці 6 Вся конструкція прозорого покриття притискається по периметру рамки до корпусу СК з допомогою ЗОВНІШНІХ поперечних прозорих планок 25 Поперечний щільовий затвор 26 в основі містить пластину з пазом 27, яка закріплена (наприклад, приклеєна) на поверхні поглинаючої панелі 4 Верхній елемент з Т-подібним перерізом 28 за допомогою ребер чи спеціальних приставок встановлюється в пазу пластини 27 з утворенням щільового пдрозатвору Після установки на корпусі СК прозорого покриття за рахунок притискаючого зусилля планки 25, нижня поверхня плівки 16 щільно притискається до верхнього елементу з Тподібним перерізом Таким чином, вздовж поглинаючої панелі 4 утворюється ряд ділянок (довжиною 15-20 см), які розділені між собою пдрозатворами 26 В конструкції СК (фіг 3, 4) з повним заповненням каналів теплоносієм (нахил даху менше 15°) нижній шар в прозорому покритті виконується з плівки чорного кольору 29 При цьому щільовий канал ЗО, який утворюється вищевказаною плівкою, листовою полімерною панеллю 4 рамного корпусу і поздовжніми елементами з високою теплопровідністю 31 В якості останніх можуть бути використані ізольовані жили мідних або алюмінієвих провідників Сонячний колектор працює наступним чином Вода через вхідний патрубок 10 заповнює простір між верхньою перекладиною корпусу 2 і порогом 11, перетікає через нього тонкою плівкою на поглинаючу панель 4 Потік сонячної енергії проходить через ЗОВНІШНІЙ і внутрішній шари 16 полімерної плівки прозорого покриття, нагріває поглинаючу панель 4 та тонку плівку води, яка 5916 стікає по ній Нагріта вода, яка проходить через ряд поперечних щільових пдрозатворів 26, що забезпечують стійку плівочну течію по всій променесприймаючій поверхні панелі 4, потрапляє в збірну посудину 7 і через ВІДВІДНИЙ патрубок 8 в бак-накопичувач або безпосередньо до користувача Робота сонячного колектора з повним заповненням каналів (фіг 3, 4) принципово не відрізняється від роботи СК з безнапірною плівковою течією води по поглинаючій панелі (фіг 1, 2) Потік сонячної енергії проходить через прозоре покриття і нагріває шар чорної плівки 29 Тепло з нижньої поверхні чорної плівки 29 знімається теплоносієм (вода), що протікає в щілинному каналі ЗО Використання запропонованого сонячного колектора при високих теплотехнічних показниках дозволяє зменшити вартість матеріалів, які засто 8 совуються, спростити технологію виготовлення основних вузлів, їх монтажу, профілактичного ремонту і, тим самим, покращити його технікоекономічні характеристики Корисна модель може бути реалізована в умовах серійного виробництва з використанням стандартного обладнання, комплектуючих виробів, доступних матеріалів і технологій Література 1 Патент Российской Федерации, RU № 2134846 С 1, кл F 24 J 2/04, 2/24, 1998 (Бюл №23, 1999) 2 Патенг України, UA № 45263 А, кл Р 24 J 2/22, 2001 (Бюл № 3, 2002) 3 Воробьев В М , Селихов Ю А Спирин Г Н Использование полимерных материалов для солнечных коллекторов //Интегрированные технологии и энергосбережение, 2002, № 3, с 68-71 б Фіг 2 Фіг З Комп'ютерна верстка М Клюкін Підписне Тираж 28 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 К и ї в - 4 2 01601