Сонячний нагрівник

Реферат: Сонячний нагрівник включає корпус з теплоізоляцією, полімерний абсорбер, прозоре захисне покриття і патрубки введення та виведення теплоносія. Абсорбер виконаний з каналами для циркуляції теплоносія, які мають спільний переділ. У спільних переділах каналів виконано наскрізні відтулини, які з'єднують канали між собою послідовно, утворюючи лабіринти для руху теплоносія. Патрубки введення та виведення теплоносія закріплені безпосередньо на циркуляційних каналах абсорбера. UA 98815 C2 (12) UA 98815 C2 UA 98815 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до геліотехніки, а саме до пристроїв для нагрівання теплоносія, і може бути використаний в системах сонячного опалення та гарячого водопостачання. Відомий полімерний сонячний колектор, що містить абсорбер, який виконано у вигляді плит з полімерного матеріалу з каналами для циркуляції теплоносія, прозоре і теплоізоляційне покриття, вхідний і вихідний гідравлічні колектори. Плити встановлено ярусами і сполучено між собою каркасом, крім того, верхня і середня плити мають високу світлопроникність, а нижня плита - високу відбиваючу здатність. В плитах середнього ярусу між каналами для циркуляції теплоносія розміщено повітряні канали. Канали в плитах кожного ярусу розташовано таким чином, що напроти каналу для циркуляції теплоносія в першому і другому ярусах розміщувались повітряні канали [1]. Недоліком відомої конструкції є значна технологічна складність при виготовленні абсорбера. Крім того, канали для циркуляції теплоносія через розміщені між ними повітряні канали необхідно окремо герметично приєднати до вхідного та вихідного гідравлічних колекторів. Це, по-перше, значно підвищує трудомісткість виготовлення полімерного сонячного колектора, а подруге, знижує його надійність в експлуатації. Відомий також сонячний колектор, що містить прозоре захисне покриття, поглинач сонячної енергії (абсорбер), теплоізоляцію, корпус та трубопроводи для підведення та відведення робочої рідини. Захисним покриттям є прозора панель з листового сотового полімерного матеріалу. Абсорбер виконано з листового сотового поліпропілену чорного кольору, соти якого розташовано з утворенням каналів для робочої рідини. Канали панелі поглинача розташовано перпендикулярно трубопроводам або під кутом до них. Трубопроводи виготовлено з поліпропіленової труби та герметично зварено з абсорбером так, щоб рідина з трубопроводу для підведення теплоносія протікала по паралельних каналах абсорбера і витікала у трубопровід (збірний гідравлічний колектор) для відведення робочої рідини. Застосування для захисного покриття і абсорбера промислово виготовлених панелей з чарункопластів з утвореними каналами для руху текучого середовища дозволяє значно спростити технологію виготовлення сонячного колектора [2]. Недоліком відомої конструкції є те, що гідравлічні колектори для підведення і відведення теплоносія зварено з абсорбером, що ускладнює їх ремонт у разі порушення герметичності, крім того, як матеріал для абсорбера використовується чорний стільниковий поліпропілен, температура експлуатації якого знаходиться у межах 95-105 °C, а цього недостатньо, бо температура, наприклад газуватого теплоносія, може досягти 110 °C [3]. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, і прийнятим за найближчий аналог, є сонячний колектор, що містить корпус, прозоре захисне покриття, що розташоване над абсорбером, канали введення та виведення робочої рідини та теплову ізоляцію. Абсорбер виконано двоярусним, при цьому у верхньому ярусі абсорбера розташовано поглинач сонячної енергії, виготовлений з вуглецевого волокна. Абсорбер та прозору ізоляцію виготовлено зі стільникового полікарбонату, температура експлуатації якого знаходиться у межах 115-135 °C. Прохідні канали для циркуляції робочої рідини розташовано над поглиначем сонячної енергії. Вуглецеве волокно утворює канали, по яких за допомогою капілярних сил може циркулювати теплоносій внаслідок нагрівання його на сонці. Конструкція сонячного колектора у вигляді багатоярусної структури з застосуванням полікарбонатного матеріалу дозволяє реалізувати дешеву технологію з'єднання полімерних матеріалів, за допомогою якої герметизуються канали верхнього та нижнього ярусів, при цьому, середній ярус (абсорбер) під'єднується до гідравлічних каналів входу і виходу теплоносія, а у каналах нижнього ярусу знаходиться повітряний прошарок [4]. Недоліком найближчого аналога є те, що абсорбер з каналами для циркуляції теплоносія під'єднують до розподільчих та збірних гідравлічних колекторів, що призводить, як доведено експериментально, до нерівномірної швидкості руху теплоносія в паралельних каналах. Так у ближчих каналах, що під'єднані до розподільчого гідравлічного колектора, за ходом руху теплоносіїв, швидкість буде більшою, ніж у віддалених, а температура на виході меншою, що призводить до зниження коефіцієнта корисної дії (ККД). Другим недоліком найближчого аналога є відносно висока вартість колектора через застосування двоярусного абсорбера та вуглецевого волокна, яке до того ж буде зменшувати прохідний отвір каналу, по якому рухається теплоносій. В основу винаходу поставлено задачу створити сонячний нагрівник з полімерного матеріалу, конструкція якого, при збереженні високої ефективності перетворення сонячного випромінювання в теплову енергію теплоносія, не вимагає застосування складної технології виготовлення та дорогих матеріалів. 1 UA 98815 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Задача, що поставлена, вирішується тим, що відомий сонячний колектор, що містить корпус з теплоізоляцією, абсорбер, виконаний з полімерного матеріалу та каналами для циркуляції теплоносія, які мають спільний переділ, прозоре захисне покриття, розміщене над абсорбером, патрубки введення та виведення теплоносія, згідно з винаходом, у спільних переділах каналів виконано наскрізні відтулини, які з'єднують канали між собою послідовно, утворюючи лабіринти, по яких рухається теплоносій. Така конструкція абсорбера забезпечує однакову швидкість руху теплоносія у каналах, рівномірне його нагрівання, повне поглинання променевого потоку і підвищує коефіцієнт корисної дії (ККД). Патрубки введення та виведення теплоносія встановлено безпосередньо на циркуляційних каналах, завдяки цьому відпадає необхідність застосовувати збірні вхідні та вихідні гідравлічні колектори. Виготовлення сонячного нагрівника зі зазначеними суттєвими ознаками дозволяє спростити технологію його виготовлення та зменшити його вартість. Суть винаходу пояснюється кресленням, де зображено: на Фіг.1 - поперечний переріз нагрівника; на Фіг.2 - розріз А-А Фіг.1. Сонячний нагрівник, що заявляється, містить корпус 1, задню стінку 2 корпусу, теплоізоляцію 3, лист-відбивач сонячного випромінювання 4, абсорбер 6 з каналами і теплоносієм, спільні переділи 5, селективне покриття 7, корпус прозорого захисного покриття 8, захисне покриття 9, відповідно Фіг.1. Захисним покриттям 9 є прозора пустотна панель з сотового полікарбонату. Абсорбер 6 також виконано у вигляді панелі з чарункового полікарбонату, який має канали 5, заповнені теплоносієм, і спільні переділи 5, у яких виконано наскрізні відтулини 13. Поверхня абсорбера 6 має селективне покриття 7. Патрубки для підведення та відведення теплоносія 10 і 11 виготовлено з кольорового або іншого металу, що захищений від корозії, і розташовано перпендикулярно до каналів абсорбера 6 і герметично з ним з'єднано. Торці каналів абсорбера 6 герметично запаяно 12. У спільних переділах 5 виконано наскрізні відтулини 13, через які теплоносій переходить із каналу в канал, рухаючись послідовно по утворених лабіринтних паралельних каналах до виходу через патрубок 11. Завдяки цьому температура від входу до виходу поступово підвищується, що забезпечує її регулювання за допомогою засобів автоматики. Сонячні нагрівники можуть бути з'єднані у паралельні блоки у залежності від споживання теплоносія. Працює нагрівник наступним чином. Абсорбер 6 через патрубок 10 заповнюється теплоносієм. У міру заповнення теплоносієм каналів абсорбера 6 з його каналів витискується повітря через патрубок11. Після заповнення панелі абсорбера теплоносієм теплоізольований корпус 1 сонячного нагрівника орієнтують у південному напрямку під кутом 40-50° до горизонту і залишають для початкового підігріву теплоносія. Гарячий теплоносій через патрубок 11 відводиться до споживача. Тепло від гарячої поверхні абсорбера поглинається теплоносієм, який нагрівається і рухається у замкненому контурі під впливом термосифонного ефекту або примусово помпою через патрубок 11 до споживача і від нього - через патрубок 10 теплоносій знову повертається у абсорбер. Джерела інформації: 1. Деклараційний патент України на винахід UA №41629. 2. Патент України на корисну модель UA №20492. 3. Технические свойства полимерных материалов. Профессия, 2005. - СПб. - С. 134, табл. 9.1. 4. Патент України на корисну модель UA №41237. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 50 55 Сонячний нагрівник, що включає корпус з теплоізоляцією, абсорбер, виконаний з полімерного матеріалу та каналами для циркуляції теплоносія, які мають спільний переділ, прозоре захисне покриття, розташоване над абсорбером, і патрубки введення та виведення теплоносія, який відрізняється тим, що у спільних переділах каналів виконано наскрізні відтулини, які з'єднують канали між собою послідовно, утворюючи лабіринти, по яких рухається теплоносій, а патрубки введення та виведення теплоносія закріплені безпосередньо на циркуляційних каналах абсорбера. 2 UA 98815 C2 Комп’ютерна верстка А. Рябко 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