RU207067U1

RU207067U1 - Солнечный коллектор

Info

Publication number: RU207067U1
Application number: RU2021116342U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Щемелев; Алла Сильвестровна Штым; Ирина Александровна Журмилова
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2021-10-11

Abstract

Полезная модель относится к гелиотехнике, в частности к коллекторам со средствами концентрации солнечной энергии, и может быть использована в системах теплоснабжения зданий различного назначения. Солнечный коллектор содержит замкнутый корпус с размещенной в его нижней части теплоизоляцией, на лицевой стороне которой и на внутренней поверхности стенок корпуса расположены отражающие слои, причем на лицевой стороне отражающего слоя, установленного на теплоизоляции, размещены параллельные тепловоспринимающие трубки одинакового диаметра с равным расстоянием между ними и соединенные друг с другом входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, при этом над трубками установлен лучепоглощающий лист и выше него выполнен светопрозрачный слой, отличается тем, что тепловоспринимающие трубки направлены по спирали в одной плоскости, причем входной коллектор смещен к краю стенки корпуса, а выходной коллектор расположен в центральной части корпуса. Технический результат выражается в повышении теплофикационных свойств коллектора за счет снижения гидравлических потерь, а также увеличения длины тепловоспринимающих трубок. 3 ил.

Description

Полезная модель относится к гелиотехнике, в частности к коллекторам со средствами концентрации солнечной энергии, и может быть использована в системах теплоснабжения зданий различного назначения.

Известен солнечный коллектор, содержащий замкнутый корпус с размещенной в его нижней части теплоизоляцией, на лицевой стороне которой размещены параллельные тепловоспринимающие трубки одинакового диаметра с равным расстоянием между ними и соединенные друг с другом входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, при этом над трубками выполнен светопрозрачный слой (см. патент РФ № 2265162, МПК F24J 2/46, F24J 2/24, опубликован 27.11.2005).

Недостаток этого технического решения состоит в неэффективном использовании солнечной энергии в периоды низкой интенсивности рассеянной солнечной радиации. Отсутствие отражающего слоя внутри корпуса, а также относительно низкая теплопроизводительность из-за прямолинейной формы тепловоспринимающих трубок и возможных потерь через светопрозрачный слой и в выходном коллекторе влекут за собой недостаточный нагрев теплоносителя в солнечном коллекторе.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) принят солнечный коллектор, содержащий замкнутый корпус с размещенной в его нижней части теплоизоляцией, на лицевой стороне которой и на внутренней поверхности стенок корпуса расположены отражающие слои, причем на лицевой стороне отражающего слоя, установленного на теплоизоляции, размещены параллельные тепловоспринимающие трубки одинакового диаметра с равным расстоянием между ними и соединенные друг с другом входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, при этом над трубками установлен лучепоглощающий лист и выше него выполнен светопрозрачный слой (см. патент РФ № 112364, МПК F24J 2/24, опубликован 01.10.2012).

Недостатками прототипа являются достаточно малая лучеплоглощательная поверхность тепловоспринимающих трубок из-за их меньшей длины и более низкого процента заполнения рабочей площади корпуса тепловоспринимающими трубками и повышенное гидравлическое сопротивление тепловоспринимающих трубок из-за их изгиба.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка плоского солнечного коллектора с минимальным гидравлическим сопротивлением и максимальным путем движения теплоносителя.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в повышении теплофикационных свойств коллектора за счет снижения гидравлических потерь, а также увеличения длины тепловоспринимающих трубок.

Поставленная задача решается тем, что солнечный коллектор, содержащий замкнутый корпус с размещенной в его нижней части теплоизоляцией, на лицевой стороне которой и на внутренней поверхности стенок корпуса расположены отражающие слои, причем на лицевой стороне отражающего слоя, установленного на теплоизоляции, размещены параллельные тепловоспринимающие трубки одинакового диаметра с равным расстоянием между ними и соединенные друг с другом входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, при этом над трубками установлен лучепоглощающий лист и выше него выполнен светопрозрачный слой, отличается тем, что тепловоспринимающие трубки направлены по спирали в одной плоскости, причем входной коллектор смещен к краю стенки корпуса, а выходной коллектор расположен в центральной части корпуса.

Сопоставительный (сравнительный) анализ существенных признаков аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки «тепловоспринимающие трубки направлены по спирали в одной плоскости» позволяют увеличить длину тепловоспринимающих трубок и, как следствие, путь движения теплоносителя, а отсутствие углов у спирали приводит к снижению гидравлических потерь.

Признаки «входной коллектор смещен к краю стенки корпуса, а выходной коллектор расположен в центральной части корпуса» позволяют закрутить спираль внутрь при более плотном заполнении рабочей площади корпуса тепловоспринимающими трубками.

На фиг. 1 изображен общий вид солнечного коллектора.

На фиг. 2 показан поперечный разрез солнечного коллектора.

На фиг. 3 изображен вид солнечного коллектора сзади.

На чертежах показаны корпус 1, теплоизоляция 2, стенки 3 корпуса 1, отражающие слои 4 и 5, первая 6, вторая 7 и третья 8 тепловоспринимающие трубки, входной 9 и выходной 10 коллекторы, лучепоглощающий лист 11 и светопрозрачный слой 12.

Корпус 1 может быть выполнен например из металла с антикоррозийным покрытием, причем торцы корпуса 1 защищены уголком, приваренным к металлическому листу, и в его нижней части размещена теплоизоляция 2 из пожаробезопасного материала, на лицевой стороне которой и на внутренней поверхности стенок 3 корпуса 1 расположены отражающие слои 4 и 5 соответственно, выполненные например из фольги.

Первая 6, вторая 7 и третья 8 тепловоспринимающие трубки выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например, меди и имеют одинаковый диаметр.

Тепловоспринимающие трубки 6-8 установлены на лицевой стороне отражающего слоя 4 (размещенного на теплоизоляции 2) параллельно друг другу, с равным расстоянием между ними и направлены по спирали в одной плоскости.

Тепловоспринимающие трубки 6-8 соединены друг с другом входным 9 и выходным 10 коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, в качестве которого используют незамерзающую жидкость, например, пропиленгликоль или этиленгликоль.

При этом входной коллектор 9 смещен к краю стенки 3 корпуса 1, а выходной коллектор 10 расположен в центральной части корпуса 1.

Над тепловоспринимающими трубками 6-8 установлен лучепоглощающий лист 11, выполненный, например, в виде стального листа, покрытого черной эмалью.

Над лучепоглощающим листом 11 выполнен светопрозрачный слой 12, который выполнен, например из поликарбоната и служит прозрачной изоляцией.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Теплоноситель подают от внешнего источника (на чертежах не показан) во входной коллектор 9 и далее в тепловоспринимающие трубки 6-8.

Поток солнечного излучения падает на светопрозрачный слой 12, который обладает высокой пропускной способностью по отношению к падающему потоку солнечного излучения и практически полностью поглощает собственное тепловое излучение солнечного коллектора, и далее на лучепоглощающий лист 11, который позволяет минимизировать потери теплоты, возникающие за счет конвективного и радиационного теплообмена между солнечным коллектором и окружающей средой.

В процессе принудительной циркуляции теплоносителя по тепловоспринимающим трубкам 6-8, он взаимодействует с прошедшим через светопрозрачный слой 12 и лучепоглощающий лист 11 потоком солнечного излучения, в результате чего нагревается и выводится из корпуса 1 через выходной коллектор 10.

Основной формулой для проведения гидравлического расчета тепловоспринимающих трубок методом гидравлических характеристик сопротивления является:

(1)

где

- потеря давления на гидравлическом участке, Па;

- характеристика сопротивления участка, Па/(кг/ч)²;

- часовой расход теплоносителя, кг/ч.

Так как тепловоспринимающие трубки 6-8 выходят из одного входного коллектора 9, а приходят в другой выходной коллектор 10, можно сделать вывод, что потери давления на участках первой 6 (

), второй 7 (

) и третьей 8 (

) тепловоспринимающих трубок между собой равны

.

(2)

Характеристику сопротивления соответствующего участка трубопровода вычисляем по формуле:

	(3а)
	(3б)

(3в)

где

- коэффициент, равный

для тепловоспринимающей трубки диаметром 10 мм, кг/ч²;

- длина гидравлического участка трубопровода, м;

- отношение коэффициента сопротивления внутренней поверхности трубопровода к диаметру;

- сумма коэффициентов местных сопротивлений на гидравлическом участке трубопровода.

Задавшись расходом в первой 6 тепловоспринимающей трубке (

), появляется возможность рассчитать расходы теплоносителя в остальных тепловоспринимающих трубках 7 и 8 по формуле:

	(4а)
	(4а)

Отсюда общий расход в солнечном коллекторе будет равен:

(5)

Был проведен сравнительный анализ конструктивных характеристик заявляемого солнечного коллектора с прототипом.

При этом материалы элементов, диаметр тепловоспринимающих трубок, и площадь поверхности корпуса были принятыми одинаковыми, результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительный анализ конструктивных характеристик

Конструкционная характеристика, ед. измерения	Прототип	Заявляемый солнечный коллектор
Площадь апертуры, м²	1,099	1,098
Площадь, занятая тепловоспринимающими трубками, м²	0,12	0,244
Лучепоглощающая поверхность тепловоспринимающих трубок, м²	0,188	0,383
Незанятая площадь апертуры, м²	0,980	0,856
Длина тепловоспринимающих трубок, м	12	24,4
Расстояние между осями тепловоспринимающих трубок, м	0,03-0,1	0,04
Диаметр тепловоспринимающих трубок, мм	10	10

На основе данных таблицы 1 можно сделать вывод, что заявляемое устройство отличается:

1. увеличенной длиной тепловоспринимающих трубок (более чем в 2 раза);

2. большей площадью, занятой тепловоспринимающими трубками (более чем в 2 раза);

3. большей лучепоглощающей поверхностью тепловоспринимающих трубок;

4. более плотным заполнением рабочей площади корпуса указанными тепловоспринимающими трубками.

Claims

Солнечный коллектор, содержащий замкнутый корпус с размещенной в его нижней части теплоизоляцией, на лицевой стороне которой и на внутренней поверхности стенок корпуса расположены отражающие слои, причем на лицевой стороне отражающего слоя, установленного на теплоизоляции, размещены параллельные тепловоспринимающие трубки одинакового диаметра с равным расстоянием между ними и соединенные друг с другом входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, при этом над трубками установлен лучепоглощающий лист и выше него выполнен светопрозрачный слой, отличающийся тем, что тепловоспринимающие трубки направлены по спирали в одной плоскости, причем входной коллектор смещен к краю стенки корпуса, а выходной коллектор расположен в центральной части корпуса.