Сонячний колектор з антиконвективною структурою

УКРАЇНА (19) FI4J2Z24. ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) СОНЯЧНИЙ КОЛЕКТОР З ЛНТИКОНВЕКТИВНОЮ СТРУКТУРОЮ 1 (20)94321857, 14.05.93 (21)4935550/SU (22) 12.05.91 (24)28.02,97 (46)20.02.97. Бюл. Г* 1 (56) 1. Патент США № 4106483, кл. F24 J 3/02, опубл. 1974. 2. Заявка РСТ № 63/00916, кл. F 24 J 3/02, опубл. 1983 (прототип). (72) Луданов Костянтин Іванович (73) Луданов Костянтин Іванович (UA) (57) 1. Солнечный коллектор с знтиконвективной структурой, размещенной! о зазоре корпуса между плоской поглощающей панелью и прозрачным покрытием и выполненной в виде гибкой непрорывной ленты, натянутой на два ряда опорных элементов, устаноцленных в шпхматном порядке вдоль краев поглощающей панели, с образованием совокупности параллельных полос, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что опорные элементы выполнены в виде роликов с параллельными осями вращения, а лента снабжена, по меньшей мере, одним натяжным элементом. 2. Солнечный коллектор по П.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что каждый опорный .элемент выполнен в виде пары установленных с зазором роликов. 3. Солнечный коллектор по п.2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ролики установлены с возможностью синхронного поаорота их осей в плоскостях, перпендикулярных полосам ленты, з лента о местах огибания пары роликов выполнена в виде, по меньшей мере, двух тонких гибких тяг, соединяющих концы соседних полос и проходящих по кольцевым канлвкам, выполненным из поверхности роликов. со со Изобретение относится к области гелиотехники и может быть использовано в плоских коллекторах солнечной э н е р г и и (солнечных коллекторах). Изоестен солнечный коллектор с антиконвектииной структурой (АКС) щелевого типа [1] Щелевые ячейки АКС, подавляющие конвекцию воздуха в зазоре корпуса коллектора между прозрачным покрытием и поглощающей панелью, образованы рлдом отражающих параллельных полос, концы которых закреплены у противоположных краен поглощающей панели. Полосы АКС этого типа в течение всего светового дня практически не создают помех (теми) при прохождении солнечных лучей к поглощаю щей панели, если коллектор установлен оптимальным образом, т.е. наклонен строго на юг, полосы его АКС ориентированы длинной осью вдоль направления DOCTOK-ЗЗПЭД, а их плоскости параллельны плоскости гномоко* ма (плоскости видимого движения солнца по небосводу). Однако полосы такой АКС для поддержания плоской формы в условиях эксплузт ации должны выполняться достаточно жесткими (так как длина полос АКС достигает 1 м и более), а поскольку жесткость полос в данном случае можно увеличить лишь увеличивая их толщину, то такая АКС сильно утяжеляет коллектор, и кроме того, увеличивает іеплопотери через зазор за счет соБст 13183 я'^чойтеплопроводности материала полос И наконец, различные коэффициенты термического расширения жестких полос АКС и корпусе коллектора в условиях эксплуатации при повышенных температурах приводні к возникновению в полосах ме/анических напряжений, при этом они дефгірмируются, что приводит к ухудшению пропусканий солнечного излучения к поверхности поглощающей попели. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является коллектор с АКС щелевого тина [21, лишенный недостатков, указанных ьчшо Щчлевые ячейки АКС в данном коллекторе образопзии гибкой непрерывной л і т о м (из прозрачной тефлоновой пленки), петлеобразно огибающей два ряда опорных элементен, установленных D шахматном порлдкй «доль краев поглощающей панели Строго плрзлпельное положение полос лен•;ы между опорными элементами обеспечипаигся за счет начального натлга упругой ленты на каркас из этих элементов В дангом счучзе СК с АКС из прозрачной ленты устанавливается так, чтобы ее параллельные полосы были ориентированы своей длинной осью вдоль направления север-юг Недостатком ленточной АКС щелевого типа яалясгся го, что потеря тефлоновой лентой упругих свойств в процессе ее эксплуатации при повышенных температурах влечет провисание ленты между опорными •з'ег/ен*ами, а следовательно, возникновение конъ-зкт^внык токов воздуха в зазоре и резкий рост трплопотерь от поглощающей панели коллектора з окружающую среду, Кроме того, деградация оптических свойств прозрачной тефлоновой ленты в t процессе эксплуатации приводит к снижению ье коэффициента пропускания и, таким образом, к росту оптических потерь коллектора. И, наконец, а данной конструкции АКС отсутствует возможность использования неупругих и отражающих типов ленты, гораздо более стойких при повышенных темпера ту рзх и, кроме того, более дешевых. В основу изобретения поставлена зада\d усоперіиенствования солнечного коллектора с АКС, а котором путем создания возгожчости вращения опорным элементам и гаедемиєм натяжного элемента в сос-іас л е н ш обеспечивается снижение оптических потерь и повышение за счет это• о термической эффективности. Поставленная задача решается тем, что н солнечном коллекторе с антикоиаектиа;;оЯ Сф/іп7роя, размещенной в зазоре корн'са мемду плоской поглощающей панелью 5 10 15 20 и прозрачным покрытием и выполненной в виде гибкой непрерывной ленты, натянутой на два ряда опорных элементов, установленных в шахматном порлдке вдоль краев поглощающей панели, с образованием совокупности параллельных полос, согласно изобретению, опорные элементы выполнены в виде роликов с параллельными осями вращения, а лента снабжена, по меньшей мере, одним натяжным элементом Кроме того, каждый опорный элемент может быть выполнен о оиде пары установленных с зазором роликов. * И, кроме этого, ролики могут быть установлены с возможностью синхронного поворота их осей о плоскостях, перпендикулярних полосам ленты, а ленга в местах огибам'-ч пары роликоо может быть выполнена в виде, по меньшей мере, двух тонких гибких тяг, соединяющих концы соседних полос и проходящих по кольцевым канавкам, выполненным на поверхности роЛИКОЗ. Не выявлено технических решений, об2е) падающих идентичными или эквивалентными отличительными признаками. В такой конструкции ленточной АКС (с роликами и натяжным элементом) исключается оозможноегь провисания лонги между 30 опорными элементами в процессе эксплуатации Кроме тої о, это позволяет выполнить ленточную АКС с возможностью синхронного поворота полос Такая возможность синхронного пово35 рота полос л е н ш совместно с опорными роликами позволяет регулировать положение полос оптимальным образом, т.е. приводить их угол наклона (без изменения угла наклона коллектора к горизонту) в соответ40 ствие с меняющимся склонением Солнца {а) в течение года Включение в состав ленты в местах огибания роликовых пар, по меньшей мере, двух тонких и гибких тяг, проходящих по к о л ь ц е в ы м к а н а в к а м на 45 поверхности роликов, исключает возможность снимания ленты и ее смещения вдоль оси роликов при синхронном повороте последних. На фиг. 1 изображен солн энный коллек50 тор с ленточной АКС о варианте с опорными элементами в виде одинарных роликов, приводится общий вид в аксонометрии. На фмг. 2 изображен в аксонометрии фрагмент коллектора - вариант с опорным 55 элементом а виде пары ротикоа, установленных с возможностью поворота в плоскости их осей. На фиг. 3 показан фрагмент коллектора (вид сбоку с удаленной стенкой корпуса) в 13101 варианта, аналогичном фиг. 2, с парой опорных роликов, но о наклоненном относительно поглощающей панели положении. Корпус 1 солнечного коллектора с лицевой стороны закрыт листом прозрачного по- 5 к р ы т и я , В н у т р и к о р п у с а 1 между прозрачным покрытием 2 и днищем 3 корпуса 1 размещена поглощающая панель 4 с трубами 5 для подвода и отвода теплоносители. Между поглощающей панелью А и дни- 10 щем 3 установлена теплоизоляция 6. В зазоре между поглощающей панелью 4 и прозрачным покрытием 2 размещена АКС В варианте на фиг. 1 в корпусе 1 установлен каркас 7, на ко.ором смонтированы торце- 15 вые креплении С опорных роликоп 9. На два ряда ропикоо 9 (установленных у противоположных стенок каркаса 7) петлеобразно натямутэ непрерывная лента 10. Постоянный натяг ленты 10 для поддержания плоской 20 Формы оо полос обеспечивает мчтяжиой элемент 11 (например, пружина). Диаметр роликов 9 и э ю м париаите равен шагу параллельных полос 10. Лента АКС может быть выполнена из металлической фольги с зер- 25 кально отражающей поверхностью. Полоси такой ленты 10 п коллекторе ориентируются в направлении восток-запад своей длинной осью и устанавливаются перпендикулярно плоскости поглощающей панели 4, а сам коллектор наклоняется к югу па оптималь- 30 ный угол, т.е. устаиапливастся таким образом, чтобы полосы ленты 10 АКС находились із плоскости гномоиома (в плоскости траектории видимого движения Солнца по небосводу). В т а к о м случзе в т е ч е н и е 35 практически всего светового дня полосы ленты 10 АКС не будут создавать помех (тени) для прохождения солнечного излучения к поверхности поілощающей панели А. 40 бающих пэру опорных роликов, и «к смете нин вдоль оси роликов 9 при синхронном по вороте полос ленты 10 вместе с роликами 9. Солнечный коллектор работает следующим образом. Солнечная радиация, поступающая » поглощающей панели 4, нагревает ее, превращаясь в полезное тепло. Часть поглощаемой с о л н е ч н о й э н е р г и и о т в о д и т с я теплоносителем, прокачиваемым потрубам 5. а Другая часть ~ уходит о окружающую среду в виде теллопотерь. Ряд параллельных полос ленты 10 АКС щелевого типа снижает эти теплопотери, подавляя КОНВРКЦИЮ воздуха в зазоре между поглощающей панелью 4 и прозрачным покрытием 2 коллектора. В процессе работы коллектора под воздействием изменений температур его эте-ментов происходит изменение длины непрерывной ленты 10. Сохранение плоской формы ее полос обеспечивается нат я ж н ы м э л е м е н т о м 11 ( п р у ж и н о й ) , а равномерное распределение усилия нэтяжемич ленты 10 по параллельным полосам обеспечивается вращением роликов 9 вокруг своих осей. При оптимальной ориентации коллектора полосы ленты 10 из металлической фольги с зеркально отражающей поверхностью находятся в плоскости ГИОМОІЮМЗ и не со одают помех (тени) для прохождения солнечного излучения к поглощающей панели 4. Однако в течение года ьысота Солнца над горизонтом (уіол) ИЗМЄНЯЄІСЯ в диапазоне --=23,5 относительно его положения в момен г равноденствия. При этом плоскости полос ленты 10 уже не совпадают с плоскостью гномонома, что приводит к увеличению оптических потерь в АКС Для уменьшения этих потерь угол наклона полос ленты 10 приводят о соответствие с меняющейся выВ варианте на фиг. 2 и 3 пара роликов 9 сотой Солнца над горизонтом. Вдвигая ипи малого диаметра выполняет функции одновыдоигач подвижную штангу 12 за рукоятку, го опорного элемента. Каждый из роликоп 9 расположенную снаружи корпуса 1 коллекобоими торцами шэрнирпо закреплены к двум штангам (играющим в донном случае 45 тора, осуществляют синхронный поворот осей всех роликов 9 с соответствующим изроль каркаса АКС), верхней 12 и нижней 13. менением угла наклона полос ленты 10, что Нижняя штанга 13 п корпусе 1 коллектора позволяет совмещать их плоскости с плозакреплена неподвижно, а верхняя штанга скостью гномонома, т.е регулярно лоре12 установлена с возможностью ее возврзіно-псступзтельного перемещения и фикса- 50 о р и е н т и р о в а т ь п о л о с ы л е н т ы 10 в оптимальное положение, не изменяя при ции рукояткой, установленной снаружи этом уі ол наклона самого коллектора в текорпуса 1. Это обеспечивает возможность чоние года. При синхронном попороте ролисинхронного поворота осей всех роликиэ 9 ков 9 вместе с н и м и с и н х р о н н о с соответствующим изменением угла накло55 поворачивается и ряд параллельных полос на полос ленты 10, натянутой на ролики 9. ленты 10. Участки лонты 10 огибающие паЛ кита 10 в местах огибания нары роликоо 9 ры ро/шкоз 9, в слом случае не снимаются ч выполнена в виде двух гибких и тонких тяг не смещаются на роликах 9 вдоль и* осей, 14, проходящих по кольцевым канавкам 15 поскольку выполнены в виде двух тонких и на поверхности роликов 9, что позволяет гибких тре 14, огибающи< ролики 9 по кольизбежать сминаиия участков л о т ы 10, оги 131B3 ЦРВЫМ канаркам, которые фиксируют место огиПаиин тягами 14 роликов 9 в осевом направлении Участки тяг 14 между кольцевымм кннрчками роликов 9 при повороте их осей перемещаются друг относительно друг-1 оставаясь параллельными 8 Использование заявляемой конструкции позволяет обеспечить подавление конвекции воздуха в зазоре коллектора при минимальном уровне оптических потерь и с использооанием недорогих и долговечных материалов. ю 4 Фиг./. 13183 Фиг. 2 13183 Фиг.З Упорядник Замовлення 4103 Техред М.Моргентал Коректор Л. Лукач Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Киїа-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород. вул.ГагарІна, 101