Вакуумна трубка сонячного колектора

Реферат: UA 93029 U UA 93029 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Технічне рішення належить до геліоенергетики, до пристроїв, призначених для поглинання сонячної енергії з наступним її перетворенням на теплову енергію, зокрема до вакуумних трубок сонячних колекторів, і може бути використане в системах опалювання і гарячого водопостачання. Вакуумні трубки є однією з найважливіших складових сонячних водонагрівальних систем. Кожна вакуумна трубка являє собою довгомірну циліндричну колбу з прозорого скла з двома стінками, між якими утворений вакуум. Внутрішня стінка трубки покрита тонким шаром чорного анодованого алюмінію, який дозволяє поглинути більше 95 % сонячного випромінювання, або спеціальним селективним покриттям (Three-targed, Single Targed), що забезпечує максимальне поглинання тепла з мінімальним відбиттям сонячної енергії. Для підтримання вакууму між двома скляними стінками трубки використовується барієвий газопоглинач. При виробництві газопоглинач піддається дії високих температур, внаслідок чого нижній кінець вакуумної трубки покривається шаром чистого барію. Цей шар барію у подальшому поглинає CO, СО2, N2, O2, Н2О і Н2, які виділяються з трубки при її зберіганні та експлуатації, підтримуючи, таким чином, стан вакууму. З рівня техніки відома вакуумна трубка сонячного колектора системи heat pipe, виконана у вигляді циліндричної скляної колби із зовнішньою і внутрішньою стінками, яка виготовлена з високоміцного боросилікатного скла, стійкого до атмосферних впливів з високою здатністю пропускати сонячне випромінювання. На внутрішню стінку трубки нанесено абсорбуюче покриття, що поглинає тепло. Горловина вакуумної трубки сонячного колектора оснащена різьбовою поверхнею, яка може бути або безпосередньо виготовлена на зовнішній поверхні стінки трубки сонячного колектора, або оснащена металевою різьбовою насадкою [див. патент CN201206909 Корпорації Sunrain Solar Energy (Китай), кл. F24J 2/05, публ. 11.03.2009 р.]. Відоме технічне рішення, вибране за прототип, забезпечує міцне з'єднання горловини трубки з корпусом теплознімача сонячного колектора і, як наслідок, більш надійну його роботу. Проте воно не може виявити випадки порушення теплового режиму роботи колектора в процесі його експлуатації, що виникає, як правило, при втраті герметичності трубки або ж у зв'язку з погіршенням теплового контакту вакуумної трубки з теплообмінником. В цьому випадку температура усередині трубки стає нижче або, відповідно, вище за номінальну, яка знаходиться в межах 60-80 °C. Візуально виявити вакуумну трубку, що вийшла з ладу, складно, враховуючи, що зазвичай таких трубок в колекторі не менше 20-ти, особливо, якщо таких колекторів багато, розміщених на великих площах теплових станцій. Крім цього наявність різьбової структури на горловині (прототип) кожної такої трубки зменшує ділянку можливого візуального контролю цілісності трубки. Задачею, поставленою в основу даного технічного рішення, є удосконалення конструкції вакуумних трубок шляхом створення технічних можливостей для візуального контролю їх термічного режиму роботи з метою оперативного виявлення порушень експлуатації сонячного колектора. Поставлена задача вирішується тим, що вакуумна трубка сонячного колектора, яка виконана у вигляді скляної циліндричної колби із зовнішньою та внутрішньою стінками з вакуумованим простором між ними, причому її внутрішня стінка містить світлопоглинальне покриття, згідно з даним технічним рішенням, колба оснащена термоіндикаторним елементом. У конкретних варіантах виконання термоіндикаторний елемент може бути реалізований у вигляді ділянки напиленого на її стінку термохромного пігменту, ділянки нанесеного на її стінку шару термочутливої фарби або ж виконаний у вигляді наклейки з термоіндикаторної плівки, яка містить термохромний пігмент. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак, що заявляється, та технічним результатом полягає у тому, що введення до складу циліндричної колби термоіндикаторного елементу забезпечує можливості швидкого знаходження зіпсованих у процесі експлуатації вакуумних трубок на підставі зміни його кольору у випадку порушень температурного режиму роботи трубки. Термочутлива фарба являє собою високодисперсну суспензію термохромного пігменту на основі органічних і неорганічних сполук і зв’язуючих в органічних розчинниках, відомих з рівня техніки [див. наприклад патент РФ № 2398736 на винахід "Термоіндикаторна композиція", кл. С01В 25/45, публ. 10.09.2009 p., а також патент України № 62706 на корисну модель, кл. G02F 1/015, публ. 29.09.2011 p.]. Суть пропонованого технічного рішення пояснюється кресленнями, показаними на Фіг. 1, Фіг. 2. Вакуумна трубка являє собою скляну циліндричну колбу 1, виготовлену з прозорого надміцного боросилікатного скла, з горловиною 2, зовнішньою стінкою 3, внутрішньою стінкою 4, 1 UA 93029 U 5 10 15 20 25 з вакуумованим простором 5 між ними для уникнення кондуктивних і конвективних тепловтрат. На внутрішню стінку 4 скляної колби 1 нанесено світлопоглинальне покриття 6 із спеціального селективного складу, який забезпечує поглинання тепла з мінімальним відбиттям сонячної енергії. Зовнішня поверхня однієї із стінок колби 1 містить термоіндикаторний елемент, що включає термохромний пігмент, напилений на поверхню стінки 3 або 4, або нанесений у вигляді термочутливої фарби або ж у вигляді наклейки з термоіндикаторної плівки. Як варіанти термоіндикаторний елемент може наноситься у вигляді кільцевої смужки 7 (фіг. 1), у формі квадрата 8 та/або круга 9 (фіг. 2), нанесених на зовнішню поверхню внутрішньої стінки 4 або на зовнішню поверхню зовнішньої стінки 3 колби 1. Пропонована конструкція працює таким чином. Потік сонячного випромінювання падає на поверхні вакуумних трубок 1. Внутрішня поверхня стінки 3, що покрита спеціальним селективним шаром світлопоглинального покриття 6, який добре абсорбує сонячну енергію і перешкоджає втратам тепла, нагрівається і передає тепло мідній трубці теплообмінника (не показано). Рідина усередині трубки закипає, пара підіймається вгору до конденсатора теплової трубки. У конденсаторі пара віддає енергію холодним стінкам трубки теплообмінника, конденсується, охолоджується і стікає назад в гарячу область мідної трубки. Стінки конденсатора трубки нагріваються і віддають тепло рідині, що протікає через колектор. Далі процес повторюється. Відбувається пряма теплопередача сонячної енергії воді без участі інших пристроїв. У випадку розгерметизації однієї або декількох трубок колектора ефективність теплопоглинання різко падає, внаслідок чого температура усередині колби знижується, відповідно змінюється колір термоіндикаторного елемента, що відразу стає помітно порівняно з кольором термоіндикаторних елементів інших трубок. Аналогічним чином, при погіршенні теплового контакту вакуумної трубки з теплообмінником знижується відбір тепла з внутрішньої поверхні скляної колби 1. При цьому в період максимального сонячного опромінення або малого водозабору температура в несправній вакуумній трубці може досягати 250 °C, що відразу фіксується зміною кольору термоіндикаторного елемента 7 (8; 9). Пропонована конструкція вакуумної трубки дозволяє значно полегшити умови експлуатації і технічного обслуговування сонячних водонагрівачів. 30 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 1. Вакуумна трубка сонячного колектора, що виконана у вигляді скляної циліндричної колби із зовнішньою та внутрішньою стінками з вакуумованим простором між ними, причому її внутрішня стінка містить світлопоглинальне покриття, яка відрізняється тим, що колба оснащена термоіндикаторним елементом. 2. Вакуумна трубка сонячного колектора за п. 1, яка відрізняється тим, що термоіндикаторний елемент виконаний у вигляді ділянки напиленого на її стінку термохромного пігменту. 3. Вакуумна трубка сонячного колектора за п. 1, яка відрізняється тим, що термоіндикаторний елемент виконаний у вигляді ділянки нанесеного на її стінку шару термочутливої фарби. 4. Вакуумна трубка сонячного колектора за п. 1, яка відрізняється тим, що термоіндикаторний елемент виконаний у вигляді наклейки з термоіндикаторної плівки, яка містить термохромний пігмент. 2 UA 93029 U 3 UA 93029 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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 4