Геліотермічний колектор для енергетичної системи сонячної сушарки

Реферат: Геліотермічний колектор для енергетичної системи сонячної сушарки містить параболоподібний концентрувальний рефлектор, акумулюючу керамічну трубку з теплоносієм, прозору поверхню. При цьому рефлектор виконує роль відбивача сонячного випромінювання, концентратора відбитого випромінювання та вторинного перевипромінювача. UA 76882 U (54) ГЕЛІОТЕРМІЧНИЙ КОЛЕКТОР ДЛЯ ЕНЕРГЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ СОНЯЧНОЇ СУШАРКИ UA 76882 U UA 76882 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до деревообробної промисловості і може бути використана в установках, що перетворюють електромагнітне випромінювання Сонця в теплову енергію для нагрівання теплоносія (води, повітря) [1]. Сонячне випромінювання - це чистий, прозорий і натуральний спосіб отримання теплової енергії, а його перетворення в корисну енергії здійснюється за рахунок використання активних та пасивних сонячних систем [2]. Пасивні енергетичні системи враховують місцеві кліматичні умови і являють собою споруди тепличного (парникового) типу, де сама конструкція споруди або установки виконує роль колектора сонячної системи. Існує безліч варіантів геліосистем, як і конструкцій, коли акумульована теплова енергія є екологічно незалежною та енергетично збалансованою. Основною задачею корисної моделі є створення конструкцій геліотермічного колектора, який має максимальну ефективність при мінімальній собівартості, що дозволяє налагодити в подальшому технологічний цикл випуску геліоколекторів. Був проведений патентний пошук сучасних геліоколекторів, створених в Росії, Англії, США, Ізраїлю, Франції, Німеччини, Японії, Китаю, на основі якого проведено аналіз їх конструкцій і результати пошуку опубліковані в роботах [1,2]. Зокрема, Казанджан Б. І. із колегами [3] запропонував сонячний колектор, що має замкнуту оболонку із прозорого одношарового або багатошарового матеріалу, яка складається із центральної поверхні, двох бокових циліндричних поверхонь, а також двох бокових кришок, що встановлені на торцях оболонки. Розміщений в оболонці теплосприймаючий пристрій для передачі тепла теплоносію покритий із-зовні селективним покриттям для збільшення коефіцієнта поглинання інфрачервоного випромінювання. Сам теплосприймаючий пристрій представляє плоску панель із каналами для протікання рідкого теплоносія. На кожній із двох бокових циліндричних поверхонь додатково встановлено призматичні рефлектори. Однак, на нашу думку, використання селективного поглинаючого матеріалу на поверхні сприймаючого колектора, хоч і дозволяє збільшити долю поглиненого сонячного випромінювання, проте значно сприяє подорожчанню такого колектора. Запропонована конструкція є дуже складною і сприяє непередбачуваним додатковим затратам тепла на конструктивні вузли, що в кінцевому підсумку приводить до пониження термічного коефіцієнта корисної дії самого колектора. Крім того, форма теплосприймаючого пристрою колектора не дозволяє отримати максимальну ефективність колектора. Задачею корисної моделі є розробка конструкції геліотермічного колектора одночасно із рефлектором, який би дозволяв концентрувати сонячну енергію в одній точці (фокусі) параболи. Приймач колектора, де фокусується випромінювання з допомогою двох дуг утворюючих поверхонь параболи, виготовляється із кераміки (може бути латунний або мідний). Вибір рефлектора (відбивача й одночасно концентратора направленого випромінювання) у вигляді параболи дозволяє досягти високого коефіцієнта корисної дії в заданому діапазоні кута падіння променів на дуги поверхні параболи незалежно від добового і сезонного переміщення Сонця, а також зміни інтенсивності теплового випромінювання залежно від положення Сонця, яке характерне для конкретної місцевості. Нагадаємо [1], що отримання максимального теплового ефекту геліоколектори розташовують таким чином, щоб Сонце опромінювало їх протягом максимального часу. Тобто, для території України нахил панелі повинен становити 55…60 градусів. З метою збільшення ефективності перетворення променевої енергії в теплову пропонуємо, як поглинаючу поверхню параболи, використовувати близькорозташовані мікровиступи і мікровпадини висотою 5…6 мкм і поперечними розмірами 1,2…1,5 мкм, які в свою чергу формуються із ще більш дрібних мікровпадин і мікровиступів. Це дозволить за рахунок багаторазових відбивань променів у впадинах наблизити коефіцієнт поглинання променів до одиниці. Використання такої форми і шорсткості поверхні рефлектора й одночасно концентратора випромінювання, що падає на таку поверхню рефлектора із за наявності виступів і впадин, зустрічає границю розділу двох середовищ під різними кутами і за рахунок цього відбиватися може також в різних напрямках. Крім того процес ускладнюється за рахунок багаторазового відбивання у виступах, а також внаслідок дифракції падаючої хвилі випромінювання на мікро- та макронерівностях поверхні рефлектора. Таким чином, в результаті сукупності вищеназваних явищ паралельний пучок сонячного випромінювання, що падає на шорстку поверхню, частково відіб'ється від неї, а частково увійде у поглинаючу поверхню рефлектора-акумулятора випромінювання не у вигляді двох направлених пучків, а у вигляді дифузнорозсіяного пучка по можливих напрямках. Інакше кажучи, тут буде мати місце дифузійне відбивання та поверхневе розсіювання падаючого випромінювання, тобто спостерігається явище квазіповерхневого дифузного розсіювання і збільшення поглинаючої здатності поверхні. 1 UA 76882 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Покриття в чорний колір поверхонь рефлектора наблизить спектральний коефіцієнт поглинання до одиниці. Використання керамічної трубки дозволить змістити довжину хвилі випромінювання в середню область інфрачервоного інфрачервоного спектра випромінювання. На кресленні зображена сонячна сушильна камера де: 1 - передню прозору стінку; 2 верхню нахилену прозору стінку; 3 - задню теплоізольовану панель; 4 - вентилятор; 5 - короб; 6 - геліотермічні колектори із параболічними рефлекторами; 7 - колектори; 8 - штабель пиломатеріалів; 9 - припливний канал; 10 - плоский рефлектор; 11 - витяжний канал, 12 акумулююча керамічна (мідна, латунна) трубка із теплоносієм; 13- прозора поверхня; 14 шорстка параболоподібна концентрувальна поверхня (із виступами та впадинами). Прозорі стінки геліосушарки (креслення) являють собою рамну конструкцію, в якій знаходяться два шари силікатного скла товщиною 4 мм, яке пропускає 90…98 % сонячного випромінювання із спеціальними повітроходами (останні використовують для регулювання відносної вологості нагрітого повітря). [5] Для періодичного перемішування нагрітого повітря в сушарці використовують три реверсивні осьові вентилятори (4) потужністю 0,8 кВт кожний. Для регулювання ступеня насичення (відносної вологості) повітря використовують притічний (9) і витяжний канал (11). Повітряний короб (5) являє собою зачорнений пустотілий каркас, верхня стінка якого є паралельною до верхньої передньої стінки і разом із геліотермічним колектором (6) утворює повітряний нагнітальний канал. Для накопичення (акумулювання) сонячної енергії використовуємо керамічні рефлектори (відбивачі) параболоподібного типу, у фокусі яких розташовуємо керамічну (латунну або мідну) трубку (остання дозволяє за рахунок перевипромінювання змістити спектр довжин хвиль λ>6 мкм в область, яка є сприятливою для збільшення коефіцієнта поглинання деревиною сонячного випромінювання). З метою підвищення ефективності та інтенсивності сушіння розміщуємо колектори також зі сторони передньої прозорої стінки. Джерела інформації: 1. Застосування сонячної енергії у житловому господарстві та деревообробці: Наукове видання // Озарків І. М., Мисак Й. С, Криницький Г. Т., Максимів В.М., Копій Л. І., Соколовський І. А., Озарків О. І., Козар B. C. - Львів: НВФ "Українські технології", 2012.-338 с. 2. Озарків І. М., Мисак Й. С., Копинець З. П. Використання сонячної енергії у промисловості: Навчальний посібник / За ред. д-ра техн. наук І. М.Озарківа. - Львів: НВФ "Українські технології", 2008.-276 с. 3. Патент Российской федерации RU2224188. Солнечный коллектор / Казанджан Б. И., Mac A. M., Дьячишин А.С. - ЗАТ "АЛЬТЭН", г. Москва, Тверская 9/3. - Опубл. 14.04.2003. 4. Декл. патент №61462 А Україна, МПК 7F26B 19/00. Геліосушарка для пиломатеріалів / Озарків І. М., Білей П. В., Озарків С. І., Гуменюк Ж. Я. -№25030214; Заяв. 7.02.2003; Затв. 20. 08. 2003; Опубл. 17. 11. 2003. 5. Декл. патент №61463 А Україна, МПК 7F26B 3/28. Сонячна сушильна камера / Озарків І.М., Білей П. В., Озарків В. Я., Гуменюк Ж. Я. - №20030215; Заяв. 7.02.2003; Затв. 15. 08. 2003; Опубл. 17.11.2003. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Геліотермічний колектор для енергетичної системи сонячної сушарки як основний елемент в геліосушарках тепличного (парникового) типу, який складається з параболоподібного концентрувального рефлектора, акумулюючої керамічної (мідної, латунної) трубки з теплоносієм та прозорої поверхні, який відрізняється тим, що рефлектор виконує роль відбивача сонячного випромінювання і одночасно концентратора відбитого випромінювання, та додатково вторинного перевипромінювача за рахунок кераміки з мікровпадинами та мікровиступами із зміщенням довжини хвилі λ>6мкм, що дозволить підвищити терморадіаційний коефіцієнт корисної дії колектора та дасть можливість забезпечити сприятливі умови для сушіння пиломатеріалів. 2 UA 76882 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3