Плоский сонячний колектор

1. Плоский сонячний колектор, що містить корпус, у верхній частині якого розташоване прозоре покриття, під яким всередині корпусу встановлено абсорбер у вигляді поглинаючої пластини та трубного регістра з вхідним і вихідним патрубками, трубопроводи якого розміщені над пластиною або під пластиною і контактують з нею, а під абсорбером та на бокових сторонах корпусу розташований теплоізоляційний шар, який відрізняється тим, що сонячна поверхня поглинаючої пластини абсорбера виконана у вигляді півкульових лунок радіуса R, розміщених рядами між трубопроводами трубного регістра по всій поверхні пластини, причому центри лунок кожного ряду розташовані один від одного на відстані двох радіусів R, а центри лунок двох суміжних рядів зміщені один відносно одного на відстань R. 2. Плоский сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що кожен ряд півкульових лунок міс тить половину лунки, причому у суміжних рядах вона знаходиться з різних сторін. 3. Плоский сонячний колектор за пп. 1, 2, який відрізняється тим, що між рядами лунок радіуса R вписані міжрядні півкульові лунки радіуса Корисна модель, що описується, належить до сонячної енергетики (геліотехніки), зокрема, до пристроїв перетворення сонячної енергії в теплову - плоских сонячних колекторів і може бути використана для гарячого водопостачання (обігріву) побутових та промислових споруд. Відомо плоский сонячний колектор типу neosol 250, що розроблений та серійно виготовляється польською компанією NEON (http://www.neon.new.pl/Informacje/p/4). Даний сонячний колектор складається з коробчастого корпусу з алюмінієвих профілів, верхня частина якого містить прозоре скляне покриття, під яким всередині корпусу встановлено абсорбер у вигляді поглинаючої пластини та мідного трубного регістра, що контактує з нею і виконаного у формі змійовика з вхідним і вихідним патрубками, а під абсорбером та на бокових сторонах корпусу розташований теплоізоляційний шар. Достоїнством аналога є застосування в ньому меандрового (у формі змійовика) трубного регістра, середня довжина якого в 8-10 разів довша у порівнянні з теплоприймачами решіткової конструкції, що дозволило досягти значного термічного коефіцієнту корисної дії (ККД). Окрім цього, меандровий теплоприймач легко піддається видаленню повітряних пробок, у ньому не накопичуються забруднення і осад теплоносія, оскільки змійовик не має «мертвих» зон. Недоліком відомого плоского сонячного колектору типу neosol 250 є його невисока ефективність. Пояснюється це тим, що поглинаюча пластина абсорбера має плоску нерозвинену контактну  2  rm    1  R ,    3  центри яких знаходяться на ся на перпендикулярах, опущених до країв цих трубопроводів із точок дотику двох сусідніх лунок радіуса R двох крайніх рядів. (13) , центри яких знаходять 57733 8 (11)  UA  (19)  rk  2  2  R  tg U перетині медіан рівносторонніх трикутників, вершинами яких є центри трьох сусідніх півкульових лунок радіуса R, розміщених у двох суміжних рядах. 4. Плоский сонячний колектор за пп. 1-3, який відрізняється тим, що між кожними двома суміжними трубопроводами трубного регістра і відповідно двома рядами півкульових лунок радіуса R поглинаючої пластини, що примикають до країв цих трубопроводів, розміщені два ряди (верхній і нижній) крайових півкульових лунок радіуса 3 поверхню, внаслідок чого знижується інтенсивність її нагрівання енергією сонячного випромінювання і, як наслідок, інтенсивність нагрівання теплоносія. Деяке підвищенім термічного ККД та ефективності за рахунок збільшення площі поверхні поглинаючої верхньої панелі конструкції досягається у відомому сонячному водонагрівачі (Патент України 22748А, F24 J 2/20, 1998), що складається з коробчастого корпусу зі світлопрозорою теплоізолюючою герметично встановленою кришкою і розташованого всередині корпусу абсорбера, який має нижній вхідний і верхній вихідний патрубки, пропущені через отвори в бокових стінках корпусу, і який виконано у вигляді скріплених між собою по периметру двох листоштампованих зачорненої поглинаючої верхньої і опорної нижньої панелей з поздовжніми і поперечними рядами симетрично розташованих з однаковим кроком на верхній і нижній панелях прим'ятин (у формі зрізаних конусів, пірамід або сферичних сегментів), які скріплені між собою і утворюють поздовжні і поперечні щілинні проточні канали. Однак кількість та розміри прим'ятин поглинаючої поверхні абсорбера відомого водонагрівача є обмеженими, оскільки вони зв'язані з утворенням щілинних проточних каналів, що не дозволяє досягти значного збільшення площі поверхні поглинаючої верхньої панелі та, як наслідок, підвищення ефективності даної конструкції. Відомо також колектор тепловий сонячний плоский (Патент України 20662A, F24 J 2/24, 1998), який містить корпус, теплову ізоляцію (верхню прозору, нижню і бокову) та абсорбер, в якому замість звичайної плоскої поглинаючої пластини застосовано набір однакових поглинаючих секцій, кожна з яких складається із елемента панелі циліндричної форми - сегмента (у вигляді жолобу), до нижньої внутрішньої поверхні якого закріплений шляхом зварювання або пайки трубопровід трубного регістра з теплоносієм. Збільшення концентрації теплової енергії сонячного випромінювання в районі трубопроводу з теплоносієм досягається в даній конструкції за рахунок циліндричної форми поверхні поглинання, площа якої зростає по роз рахункам в 2 раз, що сприяє підвищенню ефективності сонячного колектора. Недоліком даної конструкції є те, що термічний контакт між трубопроводами трубного регістра і циліндричною поглинаючою пластиною практично здійснюється лише в межах лінії зіткнення, що суттєво знижує ефективність теплопередачі від пластини до теплоносія зокрема та сонячного колектора в цілому. Найбільш близьким за технічною суттю до корисної моделі, що заявляється, є обраний за прототип плоский сонячний колектор (Патент України 68850А, F24 J 2/24, 2004), що містить корпус, у верхній частині якого розташоване прозоре покриття, під яким всередині корпусу встановлено абсорбер у вигляді поглинаючої пластини та трубного регістра з вхідним і вихідним патрубками, трубопроводи якого розміщені над пластиною або під пластиною і контактують з нею, а під абсорбером та на бокових сторонах корпусу розташований 57733 4 теплоізоляційний шар, при цьому трубопровід трубного регістра в поперечному перерізі має форму сектора кола, що контактує з поглинаючою пластиною своєю основою, або форму прямокутника з округленими краями або форму прямокутника або форму складної фігури, утвореної сектором кола і прямокутником, що контактує з пластиною своєю більшою стороною. Вказані вище геометричні форми виконання трубопроводу трубного регістра забезпечують збільшення площини контакту трубопроводу з поглинаючою пластиною і, як наслідок, підвищення термічного ККД сонячного колектора. Недоліком прототипу є те, що поглинаюча пластина його абсорбера має плоску нерозвинену контактну поверхню, внаслідок чого знижується інтенсивність її нагрівання сонячною енергією і, незважаючи на оригінальність форми виконання трубопроводу, знижується інтенсивність нагрівання теплоносія та ефективність сонячного колектора в цілому. В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити підвищення термічного ККД та ефективності плоского сонячного колектора шляхом максимального збільшення площі сонячної поверхні поглинаючої пластини абсорбера за рахунок її виконання у вигляді півкульових лунок, розміщених рядами між трубопроводами трубного регістра по всій поверхні пластини для різних схем розташування (над пластиною або під пластиною) та форм виконання (сектора кола, прямокутника, кола тощо) трубопроводів трубного регістра. Поставлена задача вирішується тим, що у плоскому сонячному колекторі, що містить корпус, у верхній частині якого розташоване прозоре покриття, під яким всередині корпусу встановлено абсорбер у вигляді поглинаючої пластини та трубного регістра з вхідним і вихідним патрубками, трубопроводи якого розміщені над пластиною або під пластиною і контактують з нею, а під абсорбером та на бокових сторонах корпусу розташований теплоізоляційний шар, згідно з корисною моделлю, що заявляється, сонячна поверхня поглинаючої пластини абсорбера виконана у вигляді півкульових лунок радіуса R, розміщених рядами між трубопроводами трубного регістра по всій поверхні пластини, причому центри лунок кожного ряду розташовані один від одного на відстані двох радіусів R, а центри лунок двох суміжних рядів зміщені один відносно одного на відстань R. Збільшення площі сонячної поверхні поглинаючої пластини у наведеній вище конструкції плоского сонячного колектора досягається також за рахунок розміщення в кожному ряді півкульових лунок половинки лунки, яка в суміжних рядах знаходиться з різних сторін. Ще більш ефективне використання сонячної поверхні поглинаючої пластини абсорбера корисної моделі, що заявляється, досягається в розглянутих вище варіантах тим, що між рядами лунок радіуса R додатково вписані міжрядні напівкульові лунки радіуса  2  rm     1  R   3  центри яких знаходяться на перетині медіан рівносторонніх трикутників, вершинами 5 57733 яких є центри трьох сусідніх півкульових лунок радіуса R, розміщених у двох суміжних рядах. Додаткове збільшення площі сонячної поверхні поглинаючої пластини в зазначених вище варіантах конструкцій досягається також тим, що між кожними двома суміжними трубопроводами трубного регістра і відповідно двома рядами півкульових лунок радіуса R поглинаючої пластини, що примикають до країв цих трубопроводів, розміщені два ряди (верхній і нижній) крайових півкульових   rk  2  2  R  tg  8 центри яких лунок радіуса знаходяться на перпендикулярах, опущених до країв цих трубопроводів із точок дотику двох сусідніх лунок радіуса R двох крайніх рядів. Запропоновані рішення у сукупності забезпечують суттєве (по розрахункам в 1,75-1,85 разів в залежності від значення радіуса R півкульової лунки) збільшення площі сонячної поверхні поглинаючої пластини абсорбера при різних схемах розташування (над пластиною або під пластиною) та формах виконання трубопроводів трубного регістра і, як наслідок, підвищення термічного ККД та ефективності плоского сонячного колектора. При проведенні авторами патентних досліджень в доступних джерелах інформації з даної галузі техніки не виявлено технічних рішень, що характеризуються сукупністю ознак варіантів корисної моделі, що заявляється. Порівняльний аналіз запропонованих технічних рішень з прототипом дозволяє зробити висновок, що плоский сонячний колектор, який заявляється, відрізняється від відомого рішення наступним: - сонячна поверхня поглинаючої пластини виконана у вигляді півкульових лунок радіуса R, розміщених рядами між трубопроводами трубного регістра по всій поверхні пластини, причому центри лунок кожного ряду розташовані один від одного на відстані двох радіусів R, а центри лунок двох суміжних рядів зміщені один відносно одного на відстань R; - кожен ряд півкульових лунок сонячної поверхні поглинаючої поверхні абсорбера містить половину лунки, причому у суміжних рядах вона знаходиться з різних сторін; - між рядами півкульових лунок радіуса R поглинаючої поверхні вписані міжрядні півкульові лу 2  rm    1  R    3  нки радіуса центри яких знаходяться на перетині медіан рівносторонніх трикутників, вершинами яких є центри трьох сусідніх півкульових лунок радіуса R, розміщених у двох суміжних рядах; - між кожними двома суміжними трубопроводами трубного регістра і відповідно двома рядами півкульових лунок радіуса R поглинаючої пластини, що примикають до країв цих трубопроводів, розміщені два ряди (верхній і нижній) крайових   rk  2  2  R  tg  8 півкульових лунок радіуса центри яких знаходяться на перпендикулярах, опущених до країв цих трубопроводів із точок до 6 тику двох сусідніх лунок радіуса R двох крайніх рядів. Наведене вище свідчить про наявність нових істотних ознак, тобто про відповідність заявленої корисної моделі критерію „новизна". "Промислова придатність" підтверджена виготовленням зразків плоского сонячного колектора із застосуванням в його конструкції запропонованих технічних рішень та отриманими позитивними результатами їх випробувань. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де на фіг. 1 наведено схеми розміщення трубопроводів трубного регістра відносно поглинаючої пластини абсорбера, на фіг. 2 наведено приклад загального вигляду конструкції сонячного колектора (схема - трубопровід під пластиною, форма поперечного перерізу трубопроводу - коло), на фіг. 3 -схема розміщення півкульових лунок на сонячній поверхні поглинаючої пластини. Плоский сонячний колектор (фіг. 2) містить корпус 1, у верхній частині якого розташоване прозоре покриття 2, виконане, наприклад, у вигляді світлопропускаючого скла. Під ним всередині корпусу 1 встановлено абсорбер 3, що містить поглинаючу пластину 4, трубопроводи 5 трубного регістра 6 та вхідний 7 і вихідний (не показано) патрубки. При цьому в даній конструкції колектора, наприклад, трубопроводи 5 трубного регістра 6 мають форму круга, розміщені під поглинаючою пластиною 4 та контактують з нею (фіг. 1). Під абсорбером 3 та на бокових сторонах корпусу 1 розташований теплоізоляційний шар 8. Сонячна поверхня поглинаючої пластини 4 виконана у вигляді сукупності півкульових лунок 9 радіуса R (фіг. 3), розміщених рядами між трубопроводами 5 трубного регістра 6 по всій поверхні пластини 4, причому центри лунок 9 кожного ряду розташовані один від одного на відстані двох радіусів R, а центри лунок 9 двох суміжних рядів зміщені один відносно одного на відстань R. Слід зазначити, що для окремих варіантів конструкції плоского сонячного колектора кожен ряд півкульових лунок 9 його поглинаючої пластини 4 може містити половину лунки, причому у суміжних рядах вона знаходиться з різних сторін (фіг. 3). Окрім цього, між рядами лунок 9 радіуса R можуть бути вписані міжрядні півкульові лунки ра 2  rm    1  R    3  діуса центри яких знаходяться на пересіченні медіан рівносторонніх трикутників, вершинами яких є центри трьох сусідніх півкульових лунок 9 радіуса R, розміщених у двох суміжних рядах (фіг. 3). І, насамкінець, можливим також є варіант, коли між кожними двома суміжними трубопроводами 5 трубного регістра 6 і відповідно двома рядами півкульових лунок 9 радіуса R поглинаючої пластини 4, що примикають до країв цих трубопроводів 5, розміщені два ряди (верхній і нижній) крайових  rk  2  2  R  tg 8 півкульових лунок радіуса центри яких знаходяться на перпендикулярах,   7 опущених до країв цих трубопроводів 5 із точок дотику двох сусідніх лунок 9 радіуса R двох крайніх рядів (фіг. 3). Працює плоский сонячний колектор наступним чином. Теплоносій, наприклад, вода подається на колектор через вхідний патрубок 7, а звідти розподіляється по трубопроводам 5 трубного регістра 6. Енергія сонячного випромінювання падає на поверхню плоского сонячного колектора, проходить прозоре покриття 2 і поглинається пластиною 4 та поверхнею трубопроводів 5 трубного регістра 6. Незначна частина цієї енергії шляхом радіації і конвекції передається в навколишній простір, а більша частина енергії передається шляхом теплопровідності теплоносію. При цьому поглинаюча пластина 4 забезпечує шляхом максимального збільшення її площі поверхні за рахунок запропо 57733 8 нованих нововведень значне підвищення термічного ККД колектора та ефективності його роботи. Нагрітий рідкий теплоносій з колектора подається споживачеві через вихідний патрубок (на схемі не показаний). Таким чином, вказане вище розміщення лунок 9 радіуса R, половинок лунки, міжрядних та крайових півкульових лунок відповідно з радіусами rm та rк на сонячній поверхні поглинаючої пластини 4 дозволяє максимально (по розрахункам в 1,75 1,35 разів в залежності від значення радіуса R півкульової лунки) збільшити площу, вільну від трубопроводів 5 трубного регістра 6 для різних схем розташування (над або під пластиною) та форм виконання (коло, прямокутник, сектор кола тощо) трубопроводів 5 відносно пластини 4 і, як наслідок, підвищити термічний ККД та ефективність колектора в цілому. 9 Комп’ютерна верстка І.Скворцова 57733 Підписне 10 Тираж 23 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