Сонячний колектор

Реферат: Сонячний колектор, що містить корпус, теплоізоляцію, прозору ізоляцію, поглинач сонячної енергії і світловідбивну поверхню всередині корпуса, причому корпус виконаний з єдиного відрізу листа нержавіючої сталі методом гнуття з подальшим з'єднанням стиків зварюванням в середовищі інертного газу, поглинач сонячної енергії складається з ряду нагрівальних труб, з'єднаних між собою вхідним і вихідним колекторами для підведення і відведення теплоносія, верхній і нижній колектори, теплоприймальні трубки виконані з міді і з'єднані між собою за допомогою пайки твердими припоями, поглинач сонячної енергії жорстко закріплений на задній стінці корпусу за допомогою дистанційних проставок для утворення зазору між поглиначем і корпусом, поглинач сонячної енергії покритий селективним покриттям, між теплоприймальними трубками передбачені зазори, на внутрішню поверхню прозорої ізоляції нанесено тверде низькоемісійне покриття. UA 120751 U (54) СОНЯЧНИЙ КОЛЕКТОР UA 120751 U UA 120751 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до геліотехники і служить для нагріву рідкого теплоносія в діючих і проектованих системах гарячого водопостачання та опалення з примусовою циркуляцією рідини, що забезпечує інтенсивний тепломасоперенос, а також в системах з вільною конвекцією теплоносія. Вона може застосовуватися для гарячого водопостачання в комунальному господарстві, системі громадського харчування, лазнях і душових, в побуті. Відомі сонячні колектори [http://www.findpatent.ru/patent/222/2224188.html], в яких як теплоприймальний пристрій застосована плоска теплоприймальна панель з каналами для протікання рідкого теплоносія, що має по всій її довжині з кожного боку два прямих або вигнутих додаткових бічних теплоприймальних елементи з селективним покриттям, що поглинає сонячну радіацію на їх зовнішній поверхні, при цьому бічні теплоприймальні елементи розташовані нижче рівня площини теплоприймальної панелі і за параметр t приймається відстань від нижнього краю бічного елемента до площині теплоприймальної панелі. Недоліком такого колектора є складність виготовлення теплоприймального пристрою. Відомий сонячний колектор [пат. RU № 2330217, F24J 2/04, 27.07.2008 Бюл. № 21] в конструкції яких колектори-розподільники виготовлені з кольорових металів (алюмінію, міді та ін.) методом лиття під тиском, а для сполучення з теплозбираючими трубками і трубами системи передачі теплоносія до споживачів використані спеціальні швидкомонтовані безрізьбові муфтові з'єднувачі, що забезпечують співвідношення деформацій між контактуючими поверхнями деталей в межах пружної деформації, а з метою виключення небезпеки розгерметизації з'єднаний в умовах коливання температури і порушення розмірних співвідношень в зоні з'єднання стикуються деталі по контактують поверхонь ізолюються одна від одної клейовий плівкою товщиною від 0,1 до 0,5 мм. Недоліком такого колектора є можливість розгерметизації з'єднань при підвищенні тиску в системі (наприклад при підключенні до водопроводу), а також необхідність лиття колекторіврозподільників. Відомий сонячний колектор [А.С. СРСР 1815525, F24J 2/02, 05.02.91 р]. Що містить корпус, виконаний з теплоізоляційного матеріалу на основі пінополіуретану, теплопоглинальних пластину, встановлену на дні корпусу, і прозору ізоляцію, при цьому теплоізоляційний матеріал виконаний анізотропним, в вигляді трьох шарів з гідрозахисним мембранами з поліуретану між шарами, при цьому зовнішній шар має пористість нижче пористості двох інших верств. Такий колектор має низьку конструкційну міцність. Існує сонячний колектор типу "гарячий ящик" [пат. RU № 2194928, кл. F24J 2/15, F24J 2/24, 20.12.2002] складається з ізольованого корпусу у вигляді короба з прозорою поверхнею, ряду адаптуючих трубок круглого перетину, що мають селективне покриття і плоских дзеркальних концентраторів, причому кожна адаптуюча трубка в корпусі колектора встановлена в вершину кута розкриття двох плоских дзеркальних поверхонь концентратора. Недоліком такого колектора є складність у виготовленні і дотриманні геометрично правильних розмірів. Найбільш близьким до заявляється, є відомий сонячний колектор типу "гарячий ящик" для нагріву рідкого теплоносія (води, антифризу, водогліцеринових сумішей і т.п.) [патент RU № 2200914, кл. F24J 2/04, 2003]. Колектор складається з ізольованого корпусу типу короба з прозорою верхньою поверхнею. Усередині корпусу розташовуються адаптуючі сонячну енергію трубки, з'єднані змієвидним або рамковим способом, усередині яких циркулює рідкий теплоносій. В такому пристрої головний ефект нагрівання здійснюється за рахунок нещільного потоку сонячної радіації, що падає на трубки і потім за рахунок теплопровідності і тепличного (парникового) ефекту тепло передається теплоносію. Температура нагріву теплоносія досягає середніх значень 70-80 С В основу корисної моделі поставлено завдання вдосконалити сонячний колектор за рахунок зміни конструктивніх елементів, щоб виготовити пристрій з низькою собівартістю і максимальним терміном служби, з високою технологічністю, простотою виготовлення елементів колектора, складанням і монтажем, а також з можливістю складання кількох колекторів в єдиний контур і з можливістю проведення будь-якого ремонту на місці установки сонячного колектора, а також забезпечення можливості використання сонячного колектора в стаціонарних та польових умовах. Поставлена задача вирішується таким чином, що в конструкції сонячного колектора, що містить корпус, теплоізоляцію, прозору ізоляцію, поглинач сонячної енергії і відбивну поверхню всередині корпусу, згідно з корисною моделлю, корпус виконаний з єдиного відрізу листа нержавіючої сталі методом гнуття з подальшим з'єднанням стиків зварюванням в середовищі інертного газу, поглинач сонячної енергії складається з ряду нагрівальних труб, з'єднаних між собою вхідним і вихідним колекторами для підведення і відведення теплоносія, верхній і нижній 1 UA 120751 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 колектори, а також теплоприймальні трубки виконані з міді і з'єднані між собою за допомогою пайки твердими припоями, поглинач сонячної енергії жорстко закріплений на задній стінці корпусу за допомогою дистанційних проставок для утворення зазору між поглиначем і корпусом, поглинач сонячної енергії покритий селективним покриттям, між теплоприймальними трубками передбачені зазори, на внутрішню поверхню прозорої ізоляції нанесено тверде низькоемісійне покриття. Згідно з корисною моделлю використовують як поглинач сонячної енергії гладкі труби круглого перерізу з нанесенням з усіх боків селективного покриття з високою поглинальною і низькою випромінювальною здатністю, встановлені у вхідний та вихідний колектори з зазором. Згідно з корисною моделлю як прозору ізоляцію використовують загартоване скло. Запропонована конструкція забезпечує підвищення ефекту нагрівання теплоносія за рахунок використання енергії сонця не тільки від прямих сонячних променів, але і від відбитих від внутрішніх поверхонь корпусу, для чого елементи поглинача сонячної енергії встановлюються з інтервалом, також за рахунок застосування як ізоляції корпусу сонячного колектора повітряного прошарку між поглиначем сонячної енергії і корпусом за рахунок установки дистанційних проставок з теплоізолюючих матеріалів. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображені: - на фіг. 1 - загальний вигляд пристрою; - на фіг. 2 - розріз А-А фіг. 1. Колектор містить корпус 1 з склінням 2, на внутрішню поверхню якого нанесено низькоемісійне покриття, верхній колектор 3, нижній колектор 4, теплоприймальні трубки 5, різьбові з'єднання 7. Верхній і нижній колектори і теплоприймальні трубки разом складають поглинач сонячного випромінювання. Поглинач сонячного випромінювання покритий селективним покриттям 6 з високою поглинальною і низькою випромінювальною здатністю (наприклад, високотемпературною чорною матовою фарбою) і закріплений на корпусі за допомогою дистанційних проставок 8. Корпус 1 колектора виконаний з єдиного відрізу листа нержавіючої сталі методом гнуття з подальшим з'єднанням стиків зварюванням в середовищі інертного газу. Таке рішення дозволяє отримати необхідну конструкційну жорсткість корпусу колектора. Зверху корпус 1 колектора накритий склом 2 з нанесеним на внутрішню поверхню твердим низькоемісійним покриттям. Таке скло повністю пропускає сонячне випромінювання, але перешкоджає розсіюванню тепла з обсягу колектора. Для збільшення міцності скло може бути загартоване. Верхній 3 і нижній 4 колектори, а також теплоприймальні трубки 5 виконані з міді і з'єднані між собою за допомогою пайки твердими припоями. Теплоприймальні трубки 5 круглого перерізу не мають додаткового оребрення для зниження матеріаломісткості та підвищення технологічності при виробництві і збірці сонячного колектора. Поглинач сонячної енергії жорстко закріплений на задній стінці корпусу за допомогою дистанційних проставок 8 з теплоізоляційного матеріалу для утворення зазору між поглиначем і корпусом. Це дозволяє максимально ефективно використовувати відбиті від задньої та бічних стінок корпусу сонячні промені, а також виключає теплопередачу від сонячного колектора через задню стінку корпусу 1. Для збільшення ефективності поглинання сонячної енергії теплоприймальні трубки 5 і колектори 3 і 4 покриті селективним покриттям з високою поглинальною і низькою випромінювальною здатністю (наприклад, високотемпературною чорною матовою фарбою) 7. Для збільшення площі поглинання трубок 5 між ними передбачені зазори. Таке рішення крім зниження витрат матеріалів, дозволяє використовувати для нагрівання не тільки прямі сонячні промені, а й відбитий від корпусу сонячне світло. Інтегрування сонячного колектора в систему гарячого водопостачання (ГВП) здійснюється будь-якими сантехнічними технологіями за допомогою різьбових з'єднань 6. Сонячні промені, падають під різними кутами і проникають через скління 2 з нанесеним низькоемісійним покриттям на поверхню верхнього колектора 3, нижнього колектора 4, теплоприймальних трубок 5 поглинача сонячної енергії і через зазори - на корпус колектора 1. Нанесене на внутрішню сторону скління тверде низькоемісійне покриття перешкоджає втратам тепла через скління, відбиваючи його. Прямі та багаторазово відбиті від задньої і бічних стінок корпусу 1 і низькоемісійного покриття скління 2, сонячні промені максимально віддають свою енергію через стінки поглинача теплоносію, циркулюючому по трубках. Селективне покриття з високою поглинальною і низькою випромінювальною здатністю (наприклад, високотемпературною чорною матова фарба) 7 сприяє максимальному поглиненню енергії сонячних променів. Дистанційні проставки 8 з теплоізоляційного матеріалу створюють повітряний прошарок між корпусом 1 та поглиначем сонячної енергії, що з одного боку створює можливість отримати відбиті сонячні промені від корпуса 1, а також дозволяє використовувати повітря як теплоізоляцію. Циркуляція теплоносія (води або проміжного теплоносія) здійснюється 2 UA 120751 U 5 10 15 20 25 30 спокійною конвекцією або примусово. При цьому відведення теплоносія з колектора здійснюється з верхнього колектора 3, де температура має максимальне значення, а подача теплоносія в колектор здійснюється через нижній колектор 4. Сонячний колектор може бути об'єднаний з теплоізольованою ємністю для безпосереднього нагрівання води за допомогою спокійної конвекції. Таким чином вирішується завдання повністю автономного польового використання сонячного колектора. Також передбачається можливість використання сонячного колектора як нагрівача проміжного теплоносія системи ГВП на базі бака непрямого нагріву. У цьому випадку доцільно використовувати примусову конвекцію для інтенсифікації процесу нагріву води. Для отримання необхідної продуктивності конструктивно передбачена можливість об'єднання декількох колекторів в єдиний модуль. Всі перераховані конструктивні прийоми, що забезпечують вирішення поставленої задачі в даній корисній моделі, легко піддаються виготовленню і контролю. Це, в свою чергу, забезпечує широку сферу застосування корисної моделі в сонячній енергетиці. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Сонячний колектор, що містить корпус, теплоізоляцію, прозору ізоляцію, поглинач сонячної енергії і світловідбивну поверхню всередині корпуса, який відрізняється тим, що корпус виконаний з єдиного відрізу листа нержавіючої сталі методом гнуття з подальшим з'єднанням стиків зварюванням в середовищі інертного газу, поглинач сонячної енергії складається з ряду нагрівальних труб, з'єднаних між собою вхідним і вихідним колекторами для підведення і відведення теплоносія, верхній і нижній колектори, теплоприймальні трубки виконані з міді і з'єднані між собою за допомогою пайки твердими припоями, поглинач сонячної енергії жорстко закріплений на задній стінці корпусу за допомогою дистанційних проставок для утворення зазору між поглиначем і корпусом, поглинач сонячної енергії покритий селективним покриттям, між теплоприймальними трубками передбачені зазори, на внутрішню поверхню прозорої ізоляції нанесене тверде низькоемісійне покриття. 2. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що як поглинач сонячної енергії використовують гладкі труби круглого перерізу з нанесенням з усіх боків селективного покриття, встановлені у вхідний та вихідний колектори з зазором. 3. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що як прозору ізоляцію використовують загартоване скло. 3 UA 120751 U 4 UA 120751 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5