Сонячний колектор

Реферат: Сонячний колектор містить корпус, приєднану до нього прозору вакуумну трубку, в якій встановлений адсорбер з теплопровідного матеріалу, канали підводу теплоносія до колектора та відводу теплоносія від нього. У вакуумну трубку вставлений адсорбер, який містить основний жолобовидний адсорбер, додатковий адсорбер, розташований на його увігнутій поверхні, та канал для теплоносія. При цьому канал для теплоносія розташований за зворотною випуклою поверхнею основного жолобовидного адсорбера, а додатковий адсорбер виконаний у формі повздовжньої плоскої пластини, яка проходить в радіальній площині жолоба через його оптичний фокус. UA 119694 U (54) СОНЯЧНИЙ КОЛЕКТОР UA 119694 U UA 119694 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель стосується геліотехніки, зокрема виробництва або використання теплоти за рахунок використання сонячного тепла, більш конкретно - сонячних колекторів, і може бути використана в системах сонячного опалення і гарячого водопостачання. Відомий сонячний колектор, в якому адсорбер містить основний жолобовидний адсорбер і додатковий адсорбер, розташований на його увігнутій поверхні, та канал для теплоносія [Патент України № 20662 МПК F24J2/24]. В адсорбері відомого колектора функцію додаткового адсорбера для поглинання випроміненої сонячної енергії і перетворення її в теплову енергію виконують увігнута поверхня корпусу і прикріплена до нього трубка, канал в якій є каналом для теплоносія. Недоліком цього колектора є те, що відбите увігнутою поверхнею корпусу сонячне випромінювання буде фокусуватися на трубці з теплоносієм лише у разі падіння сонячних променів у вузькому діапазоні кута падіння, близького до прямого кута, до площини сонячного колектора. Для інших кутів падіння лише частина відбитого сонячного випромінювання буде фокусуватися на трубці з теплоносієм і буде поглинатися адсорбером такого сонячного колектора. Навіть при оптимальному орієнтуванні такого адсорбера відносно Сонця відбите увігнутою поверхнею корпусу сонячне випромінювання буде фокусуватися на верхній частині трубки з теплоносієм та мати несприятливі для поглинання кути падіння на поверхню трубки. Крім того, недоліком цього колектора є те, що розташування трубки для теплоносія на внутрішній поверхні жолоба затіняє частину поверхні перевідбивання сонячних променів, що знижує ефективність теплопередачі від приймача сонячного випромінювання до теплоносія. Відомий сонячний колектор, який містить корпус, приєднану до нього прозору вакуумну трубку, в якій встановлений адсорбер з теплопровідного матеріалу, канали підводу теплоносія до колектора та відводу теплоносія від нього [заявка Китаю № 201410101184 від 19.03.2014; публікація № 104930723 від 23.09.2015, прототип]. У відомому сонячному колекторі адсорбер виконаний у вигляді графітного шару, розташованого між внутрішньою трубою вакуумного колектора і металевою трубою, встановленою у внутрішню трубу колектора. Недоліком цього колектора є значні втрати тепла, оскільки внутрішня скляна трубка колектора буде нагріватися за рахунок теплового контакту з внутрішньою металевою трубкою з теплоносієм. Тепло від внутрішньої скляної трубки буде передаватися до зовнішньої скляної трубки. Площа теплового контакту, який призводить до втрат тепла перевищує площу, яка поглинає сонячне тепло, оскільки освітленою Сонцем завжди є тільки частина трубки адсорбера сонячного колектора. Крім того, недоліком цього колектора є складність його виготовлення та низька ефективність передачі тепла від неоднорідного порошку графіту до поверхні металевої трубки адсорбера. В основу корисної моделі поставлена задача створення сонячного колектора, в якому за рахунок зміни форми виконання елементів адсорбера та їх взаємного розташування забезпечити збільшення ефективності поглинання сонячного випромінювання та теплопередачі від приймача сонячного випромінювання до теплоносія, спростити технологію виробництва та зменшення його ціни (собівартості виробництва). Поставлена задача вирішується тим, що в сонячному колекторі, який містить корпус, приєднану до нього прозору вакуумну трубку, в якій встановлений адсорбер з теплопровідного матеріалу, канали підводу теплоносія до колектора та відводу теплоносія від нього, згідно з корисною моделлю, в вакуумну трубку вставлений адсорбер, який містить основний жолобовидний адсорбер, додатковий адсорбер, розташований на його увігнутій поверхні, та канал для теплоносія, причому канал для теплоносія розташований за зворотною випуклою поверхнею основного жолобовидного адсорбера, а додатковий адсорбер виконаний у формі повздовжньої плоскої пластини, яка проходить в радіальній площині жолоба через його оптичний фокус. Канал для теплоносія може бути виконаний в трубці, приєднаній до зворотньої випуклої поверхні жолобовидного корпусу. Відповідно до корисної моделі основний і додатковий адсорбери та трубка для теплоносія можуть бути виконані як з однакового теплопровідного матеріалу, так і з різнорідних теплопровідних матеріалів. Відповідно до наступного варіанта виконання адсорбер може бути виконаний у вигляді єдиного монолітного екструдованого або вилитого під тиском профілю. Крім того, основний і додатковий адсорбери можуть бути виконані з листового теплопровідного матеріалу шляхом профілювання. 1 UA 119694 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Канал для теплоносія може бути різного поперечного перерізу: у вигляді круглої або прямокутної трубки, прямокутної трубки зі скругленими кутами тощо, а також містити внутрішнє поребрення, розташоване вздовж осі каналу, що покращує теплопередачу до теплоносія. Корисна модель пояснюється кресленнями, на яких зображено: Фіг. 1 - Загальний вигляд сонячного колектора з адсорбером всередині вакуумної трубки; Фіг. 2 - Фіг. 5 - Поперечний переріз трубчастого сонячного колектора з варіантами виконання адсорбера, Фіг. 6 - Використання адсорбера для проточного нагрівання теплоносія, Фіг. 7 - Повздовжній переріз по осі каналу підводу теплоносія фіг. 6. Запропонований сонячний колектор містить корпус 1, приєднану до нього прозору вакуумну трубку 2 у вигляді колби, в якій встановлений адсорбер 3 з теплопровідного матеріалу, канали 4 підводу теплоносія до колектора та канали 5 відводу теплоносія від нього. Трубка 2 виготовлена з прозорого для сонячного світла матеріалу. Така трубка може мати одинарну прозору стінку та містити вакуум всередині колби або подвійні прозорі стінки та містити вакуум у просторі між подвійними стінками (умовно не показано). У вакуумну трубку 2 вставлений адсорбер, який містить основний жолобовидний адсорбер 6, додатковий адсорбер 7, розташований на його увігнутій поверхні, та канал 8 для теплоносія. Канал 8 для теплоносія розташований за зворотною випуклою поверхнею основного жолобовидного адсорбера 6, а додатковий адсорбер 7 виконаний у формі повздовжньої плоскої пластини, яка проходить в радіальній площині жолоба через його оптичний фокус. На Фіг. 2 показано колектор, в який вставлено адсорбер, виконаний у вигляді єдиного монолітного екструдованого або вилитого під тиском профілю. На Фіг. 3 показано колектор, в який вставлено адсорбер, в якому канал для теплоносія виконаний в трубці 9, приєднаній до зворотної випуклої поверхні жолобовидного корпусу будьяким відомим способом. Відповідно до корисної моделі основний і додатковий адсорбери та трубка для теплоносія можуть бути виконані як з однакового теплопровідного матеріалу, так і з різнорідних теплопровідних матеріалів. На Фіг. 3 та Фіг. 4 показано колектори, в яких основний і додатковий адсорбери виконані з листового теплопровідного матеріалу шляхом профілювання. Відповідно до наступного варіанта виконання адсорбер сонячного колектора містить у вакуумній трубці принаймні один подвійний жолобовидний корпус 10 (Фіг. 5), в кожному з жолобів якого розташовані на увігнутій поверхні додаткові адсорбери 11 і 12, виконані кожен у формі повздовжньої плоскої пластини, яка проходить в радіальній площині кожного жолоба через його оптичний фокус. В такому варіанті виконання жолоби мають спільний канал для теплоносія, який розташований за зворотними випуклими поверхнями жолобовидних корпусів. Основний і додатковий адсорбери можуть бути виконані з листового теплопровідного матеріалу шляхом профілювання (умовно не показано). З представленого на Фіг. 5 варіанта виконання сонячного колектора видно, що в ньому на випуклій стороні виконаний жолоб 13, в якому розташована трубка 14 для теплоносія. Канал для теплоносія може бути різного поперечного перерізу: у вигляді круглої або прямокутної трубки, прямокутної трубки зі скругленими кутами тощо, а також містити внутрішнє поребрення, розташоване вздовж осі каналу, що покращує теплопередачу до теплоносія. Дія запропонованого сонячного колектора відбувається наступним чином. Сонячне проміння проникає через прозорі стінки вакуумної трубки 2 та попадає на поверхню адсорбера (Фіг. 1 - Фіг. 7). Як видно з пояснювальних креслень, зображених на фігурах 2-5, увігнута півсфера жолобовидного корпусу виконує функцію увігнутого дзеркала для тієї частини сонячного проміння, що не було поглинуто та відбилось від поверхні. Відбите проміння перенаправляється увігнутим дзеркалом на площину додаткового адсорбера, де поглинається повторно. Викривлена у формі півсфери поверхня жолобовидного корпусу 6 збільшує площу поглинання порівняно з плоскою поверхнею. Також площа поглинання збільшується за рахунок додаткового адсорбера 7. Зменшення площі поглинання внаслідок затінення додатковим адсобером 7 поверхні жолобовидного корпусу 6 компенсуються приростом площі поглинання за рахунок додаткового адсорбера 7. Канал 8 може наповнюватися рідиною, що легко випаровується. У такому разі теплова енергія передається від адсорбера до рідини у каналі 8. Нагріта рідина випаровується та надходить через канал входу-виходу 15 до зовнішнього теплозбирача, де вона конденсується. В результаті конденсації теплоносія теплозбирач нагрівається. Після конденсації рідина через канал входу-виходу 15 стікає до каналу 8 адсорбера 3, де випаровується знову. Теплова енергія 2 UA 119694 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 відбирається від теплозбирача та подається до системи опалення або гарячого водопостачання. Адсорбер може бути використаний для проточного нагрівання теплоносія. Для цього всередині каналу 8 по всій довжині адсорбера розмішується додатковий канал підводу теплоносія 4. Такий канал може бути виготовлено у вигляді внутрішньої трубки, діаметр якої менше діаметра каналу 8. У такому разі теплоносій подається по внутрішньому додатковому каналу 4 до нижньої частини каналу 8, де він нагрівається за рахунок поглинутої адсорбером сонячної енергії. Нагрітий теплоносій виводиться з каналу 8 адсорбера через канал відводу теплоносія 5 до споживача теплової енергії. Канал відводу теплоносія 5 може бути під'єднано до нижньої частини каналу 8, а канал підводу теплоносія 4 - до верхньої частини каналу 8 (умовно не показано). Канал для теплоносія, може бути різного поперечного перерізу: у вигляді круглої або прямокутної трубки, прямокутної трубки зі скругленими кутами тощо, а також містити внутрішні конструктивні елементи, що покращують теплопередачу до теплоносія, наприклад внутрішнє поребрення, розташоване вздовж осі каналу. Теплоносій може бути у вигляді повітря або рідини. Перевагами такого виконання є: - висока ефективність передачі тепла від жолобовидного корпусу та додаткового адсорбера до теплоносія, оскільки уся конструкція є монолітною та відсутні зварювальні шви або спаювання; - висока геометрична точність; - технологічність та простота виготовлення сонячних колекторів. Перевагами виконання основного і додаткового адсорберів з листового теплопровідного матеріалу шляхом профілювання є порівняно низька витрата матеріалу при виробництві адсорбера, а також можливість використовувати різні теплопровідні матеріали для трубки та самого адсорбера. Формула корисної моделі охоплює будь-яке положення жолобовидних корпусів адсорберів відносно лінії горизонту, у тому числі горизонтальне та вертикальне. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Сонячний колектор, який містить корпус, приєднану до нього прозору вакуумну трубку, в якій встановлений адсорбер з теплопровідного матеріалу, канали підводу теплоносія до колектора та відводу теплоносія від нього, який відрізняється тим, що у вакуумну трубку вставлений адсорбер, який містить основний жолобовидний адсорбер, додатковий адсорбер, розташований на його увігнутій поверхні, та канал для теплоносія, причому, канал для теплоносія розташований за зворотною випуклою поверхнею основного жолобовидного адсорбера, а додатковий адсорбер виконаний у формі повздовжньої плоскої пластини, яка проходить в радіальній площині жолоба через його оптичний фокус. 2. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що в ньому канал для теплоносія виконаний в трубці, приєднаній до зворотної випуклої поверхні жолобовидного корпусу. 3. Сонячний колектор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що основний і додатковий адсорбери та трубка для теплоносія виконані з однакового теплопровідного матеріалу. 4. Сонячний колектор за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що основний і додатковий адсорбери та трубка для теплоносія виконані з різнорідних теплопровідних матеріалів. 5. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що адсорбер та канал для теплоносія виконаний у вигляді єдиного монолітного екструдованого або вилитого під тиском профілю. 6. Сонячний колектор за п. 1, який відрізняється тим, що основний і додатковий адсорбери виконані з листового теплопровідного матеріалу шляхом профілювання. 3 UA 119694 U 4 UA 119694 U 5 UA 119694 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6