RU27195U1

RU27195U1 - SOLAR COLLECTOR

Info

Publication number: RU27195U1
Application number: RU2001101637/20U
Authority: RU
Inventors: В.В. Заддэ; Д.С. Стребков; А.Н. Ивлюшкин; В.Г. Самородов
Original assignee: Заддэ Виталий Викторович; Стребков Дмитрий Семенович; Ивлюшкин Алексей Николаевич; Самородов Владислав Георгиевич
Priority date: 2001-01-19
Filing date: 2001-01-19
Publication date: 2003-01-10

Abstract

1. Солнечный коллектор, содержащий полый корпус из теплоизоляционного материала, расположенные внутри корпуса и находящиеся в тепловом контакте теплоноситель и светопоглощающий приемник с рабочей поверхностью, на которую падает солнечное излучение, светопрозрачное окно в корпусе, состоящее, по крайней мере, из двух прозрачных листов, расположенных один над другим с некоторым зазором, отличающийся тем, что прозрачные листы выполнены из стекла и герметично соединены по периметру, образуя замкнутый объем, откачанный до вакуума, а на обращенную в вакуумный объем поверхность, по крайней мере, одного листа стекла, нанесено прозрачное покрытие, отражающее тепловые лучи и пропускающее солнечные лучи.2. Солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что часть корпуса параллельная светопоглощающему приемнику содержит дополнительное светопрозрачное окно.3. Солнечный коллектор по пп.1 и 2, отличающийся тем, что светопоглощающий приемник выполнен из скоммутированных фотопреобразователей.4. Солнечный коллектор по пп.1-3, отличающийся тем, что светопоглощающий приемник имеет на противоположных сторонах две рабочие поверхности.5. Солнечный коллектор по пп.1-4, отличающийся тем, что теплоноситель заполняет всю полость корпуса.6. Солнечный коллектор по пп.1-5, отличающийся тем, что теплоносителем служат прозрачные газ или жидкость, химически инертные по отношению к материалам коллектора.7. Солнечный коллектор по пп.1-6, отличающийся тем, что светопоглощающий приемник окружен теплоносителем.8. Солнечный коллектор по пп.1-6, отличающийся тем, что светопоглощающий приемник закреплен на корпусе.9. Солнечный коллектор по пп.1-6, отличающи1. Solar collector containing a hollow body made of heat-insulating material, located inside the body and in thermal contact with a heat carrier and a light-absorbing receiver with a working surface on which solar radiation falls, a translucent window in the body, consisting of at least two transparent sheets, located one above the other with a certain gap, characterized in that the transparent sheets are made of glass and are hermetically connected along the perimeter, forming a closed volume, pumped out to vacuum, and a transparent coating is applied to the surface of at least one sheet of glass facing the vacuum volume , reflecting heat rays and transmitting sunlight.2. Solar collector according to claim 1, characterized in that the body part parallel to the light-absorbing receiver contains an additional translucent window. Solar collector according to claims 1 and 2, characterized in that the light-absorbing receiver is made of switched photoconverters. Solar collector according to claims 1-3, characterized in that the light-absorbing receiver has two working surfaces on opposite sides. Solar collector according to claims 1-4, characterized in that the coolant fills the entire cavity of the housing. Solar collector according to claims 1-5, characterized in that the coolant is a transparent gas or liquid, chemically inert with respect to the collector materials. Solar collector according to claims 1-6, characterized in that the light-absorbing receiver is surrounded by a coolant. Solar collector according to claims 1-6, characterized in that the light-absorbing receiver is fixed on the housing. Solar collector according to claims 1-6, characterized

Description

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОРSOLAR COLLECTOR

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности, к устройствам для нагрева воды с помощью солнечной энергии.The invention relates to solar technology, in particular, to devices for heating water using solar energy.

Известен солнечный коллектор, состоящий из теплоизолирующего корпуса с прозрачным покрытием, внутри которого на стенке бака, служащем тепловым аккумулятором, расположен светопоглощающий приемник Авт. свид. СССР Jsl 1793169, кл. F 24, J 2/00, 2/52, 1993 г..Known solar collector, consisting of a heat-insulating casing with a transparent coating, inside of which on the tank wall, which serves as a thermal battery, is a light-absorbing receiver Aut. testimonial. USSR Jsl 1793169, class F 24, J 2/00, 2/52, 1993.

Недостатком данной констрчкции является низкий коэффициент полезного действия (КПД) из-за больших потерь тепла в прозрачном покрытии.The disadvantage of this design is the low efficiency (Efficiency) due to the large heat loss in the transparent coating.

Известен солнечный водонагреватель, состоящий из теплоизолирующего с прозрачным покрытием, расположенные в нем светопоглощающий приемник и перегородку, образующую с корпусом аккумулирующую горячую воду емкость, а с приемником канал для воды, гидравлически связанный с акк м лирующей емкостью; при этом в канале расположены патрубки для подвода холодной и отбора горячей воды, коллектор-аккумулятор снабжен двухсторонними зеркальными покрытиями Авт. свид. СССР Л 1467332, кл. F 24 J 2 Ob, 2 34, 1989 г..A solar water heater is known, which consists of a heat insulating one with a transparent coating, a light-absorbing receiver located in it, and a partition forming a hot water storage tank with a housing, and a water channel hydraulically connected to the storage tank with the receiver; while in the channel there are nozzles for supplying cold and hot water, the collector-battery is equipped with double-sided mirror coatings Aut. testimonial. USSR L 1467332, class F 24 J 2 Ob, 2 34, 1989

Недостатком данной консгрчкции являются низкий КПД из-за больших потерь через прозрачное покрытие, а также низкая его долговечность, вызванная окислением зеркальных покрьпий.The disadvantage of this consolidation is the low efficiency due to the large losses through the transparent coating, as well as its low durability caused by the oxidation of the mirror coatings.

Наиболее близким к шявляемомх изобретите является солнечный коллектор, содержащий и еплоизоляционного материала, теплопоглощающий приемник, расположенный на дне корпуса, и светопрозрачную изоляцию, сое юя тую, по крайней мере, из двух прозрачных пластин, расположенных одна над другой, на расстоянии друг относительно Авт. свид. СССР . 1815525, кл. Р 24 ; 202, 1993 г. прототип .The closest thing to invent is a solar collector containing both heat-insulating material, a heat-absorbing receiver located at the bottom of the case, and translucent insulation, consisting of at least two transparent plates located one above the other, at a distance from each other relative to Avt. testimonial. USSR . 1815525, class P 24; 202, 1993, a prototype.

20011016372001101637

I МК1Г24 J 2/02I MK1G24 J 2/02

Недостатком данной констрчкции солнечного коллектора является низкий КПД из-за потерь тепла в свеюпрозрачной изоляции.The disadvantage of this design of the solar collector is the low efficiency due to heat loss in transparent translucent insulation.

Задачей изобретения является создание солнечного коллектора с высокой эффективностью использования солнечной энергии.The objective of the invention is the creation of a solar collector with high efficiency in the use of solar energy.

Указанный технический зффек досчитается гем, что в известном солнечном коллекторе, содержащем полый корпус из теплоизоляционного материала, расположенные в полости корпуса светопоглощающий приемник и теплоноситель, светопрозрачное окно в корпусе состоящее, по крайней мере, из двух прозрачных лисюв и расположенных один над другим с некоторым зазором, прозрачные листы выполнены из стекла и герметично соединены по периметру, образ я замкнутый объем откачанный до вакуума, а на обращенную в вакуумный объем поверхность, по крайней мере, одного листа стекла, нанесено прозрачное покрьпие. отражающее тепловые лучи и пропускающее солнечные лучи.The indicated technical hfek is considered gem, that in a well-known solar collector containing a hollow body of heat-insulating material, a light-absorbing receiver and a heat carrier located in the body cavity, a translucent window in the body consisting of at least two transparent fonts and one above the other with some clearance , transparent sheets are made of glass and hermetically connected around the perimeter, the image is closed volume evacuated to vacuum, and on the surface facing the vacuum volume, at least one th sheet of glass, transparent coating is applied. reflecting heat rays and transmitting sunlight.

Другим вариантом констрхкции солнечного коллектора является то, что часть корпуса параллельная светопоглощающему приемнику содержит дополнительное светопрозрачное окно.Another option for the construction of the solar collector is that part of the housing parallel to the light-absorbing receiver contains an additional translucent window.

Еще одним вариантом солнечною коллектора является то, что светопоглощающий приемниквыполнен из скоммутированныхAnother option for the solar collector is that the light-absorbing receiver is made of commutated

фотопреобразователей.photoconverters.

Другим вариантом солнечного коллектора является то, что светопоглощающий приемник имеег на противоположных сторонах две рабочие поверхности.Another option for the solar collector is that the light-absorbing receiver has two working surfaces on opposite sides.

Другим вариантом солнечного коллектора является то, что теплоноситель заполняет всю полосп корпчса.Another option for the solar collector is that the coolant fills the entire band of particles.

Другим вариантом солнечного коллектора является то, что теплоносителем служит прозрачный газ или жидкость, химически инертные по отношению к материалам коллектора. / Другим вариантом солнечного коллектора является то, что светопоглощающий приемник окружен теплоносителем. Другим вариантом солнечного коллектора является то, что светопоглощающий приемник закреплен на корпусе. Другим вариантом солнечного коллектора является то, что светопоглощающий приемник закреплен на обращенной внутрь поверхности листа стекла. Другим вариантом солнечного коллектора является то, что светопоглощающий приемник содержи канал с дополнительным теплоносителем, включенным в теплообменный контур. Другим вариантом солнечного коллектора является то, что несколько соединенных друг с другом с сообщающимися полостями образуют -6 - стену или кровлю здания. Еще одним вариантом солнечного коллектора является то, что листы стекла имеют форму типа черепица или сайдинг. Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены в поперечном сечении варианты солнечного коллектора. В коллекторе солнечные проникают через светопрозрачноое окно и поглощаются приемником. За счеч отсутствия конвекции воздуха в вакуумном промежутке окна резко снижаются потери тепла, что увеличивает эффективность солнечного коллектора. Потери тепла еще больше снижаются за счет нанесения на обращенную в вакуумированный объем поверхность, хотя бы одного листа стекла прозрачного искры шя, пропускающего солнечные лучи и отражающего тепловые лучи.Another option for the solar collector is that the coolant is a transparent gas or liquid that is chemically inert with respect to the materials of the collector. / Another option for the solar collector is that the light-absorbing receiver is surrounded by a coolant. Another option for the solar collector is that the light-absorbing receiver is mounted on the housing. Another option for the solar collector is that the light-absorbing receiver is mounted on the inwardly facing surface of the glass sheet. Another option for the solar collector is that the light-absorbing receiver contains a channel with an additional heat carrier included in the heat exchange circuit. Another option for the solar collector is that several connected to each other with communicating cavities form -6 - the wall or roof of the building. Another option for the solar collector is that the glass sheets are in the form of tiles or siding. The essence of the invention is illustrated by drawings, which are presented in cross section of options for a solar collector. In the collector, the solar cells penetrate through the translucent window and are absorbed by the receiver. Due to the absence of air convection in the vacuum gap of the window, heat losses are sharply reduced, which increases the efficiency of the solar collector. Heat losses are further reduced due to the application of at least one sheet of glass with a transparent spark that transmits sunlight and reflects heat rays onto the surface facing the evacuated volume.

На фиг. 1 представлен вариант солнечного коллектора с прозрачной тепловой изоляцией в виде окна, выполненного из двух листов стекла, образующих вакуумный объем, с нанесением на внутреннюю поверхность нижнего листа стекла прозрачного покрытия, отражающего тепловые и пропускающего солнечные лучи.In FIG. Figure 1 shows a variant of a solar collector with transparent thermal insulation in the form of a window made of two sheets of glass forming a vacuum volume, with a transparent coating applied to the inner surface of the lower glass sheet reflecting thermal and transmitting sunlight.

Солнечный коллектор (фиг. 1) содержит полый корпус 1 из теплоизоляционного материала, полость корпуса заполнена прозрачным теплоносителем 2 и содержит внутри светопоглощающий приемник 3 с рабочей поверхностью 4, на которую через светопрозрачное окно 5 падает солнечное излучение 10. Светопрозрачное окно состоит из двух листов стекла 6, герметично соединенных по периметру с помощью шва герметизации 11 из высокотемпературного герметика, образуя замкнутый объем 7, который откачан до вакуума. Прозрачное покрытие 8 нанесено на обращенную в вакуум поверхность стекла и покрытие отражает к приемнику 3 тепловые 9 и пропускает солнечные лучи 10. Светопоглощающий приемник 3 прикреплен к дну корпуса 1 и охлаждается теплоносителем 2 (газ или жидкость, химически нейтральные к материалам коллектора), который сообщается с внешним теплообменным контуром через патрубки 12.The solar collector (Fig. 1) contains a hollow body 1 made of heat-insulating material, the body cavity is filled with a transparent heat carrier 2 and contains a light-absorbing receiver 3 with a working surface 4 on which solar radiation 10 is incident through a translucent window 5. A translucent window consists of two sheets of glass 6, hermetically connected around the perimeter with a sealing seam 11 of high-temperature sealant, forming a closed volume 7, which is evacuated to vacuum. A transparent coating 8 is applied to the vacuum surface of the glass and the coating reflects heat 9 to the receiver 3 and transmits the sun's rays 10. The light-absorbing receiver 3 is attached to the bottom of the housing 1 and is cooled by the heat carrier 2 (gas or liquid chemically neutral to the materials of the collector), which is communicated with an external heat exchange circuit through nozzles 12.

Работает солнечный коллектор следующим образом.The solar collector operates as follows.

Солнечные лучи 10, пройдя через прозрачные стекла 6, поглощаются рабочей поверхностью светопоглощающего приемника 3, близкого по свойствам к абсолютно черному 1елу, и превращаются в тепловую энергию, которая используется для нагрева теплоносителя, а теплоноситель передает тепло во внешний теплообменный контур. За счет отсутствия конвекции в вакуумном промежутке 7 и отражения тепловых лучей покрытием 8, обеспечивается высокий коэффициент использования тепловой энергии солнечного излучения.The sun's rays 10, having passed through transparent glasses 6, are absorbed by the working surface of the light-absorbing receiver 3, which is close in properties to absolutely black chalk, and converted into thermal energy, which is used to heat the coolant, and the coolant transfers heat to the external heat exchange circuit. Due to the lack of convection in the vacuum gap 7 and the reflection of thermal rays by coating 8, a high coefficient of utilization of thermal energy of solar radiation is provided.

покрытие 8 нанесено на обращенную внутрь поверхность наружного стекла 6. Приемник 3 солнечного излечения выполнен из скоммутированных фотопреобразователей 13, прикрепленных к внутреннему стеклу 6. Фотопреобразователи имеют рабочую поверхность 4 на обеих сторонах с нанесенным антиотражающим покрытием. Силиконовая жидкость в качестве теплоносителя 2 заполняет полость корпуса и через патрубки 12 сообщается с внешним двухконтурным теплообменником. Такая конструкция особенно эффективна при использовании солнечных концентраторов, увеличивающих многократно мощность солнечного излучения.a coating 8 is applied to the inwardly facing surface of the outer glass 6. The solar curing receiver 3 is made of commutated photoconverters 13 attached to the inner glass 6. The photoconverters have a working surface 4 on both sides with an antireflection coating. Silicone fluid as a coolant 2 fills the cavity of the housing and through the nozzles 12 communicates with an external dual-circuit heat exchanger. This design is especially effective when using solar concentrators that increase the power of solar radiation many times over.

Солнечное излучение поглощается фотопреобразователями и около 15% энергии излучения преобразуется в электричество, а большая часть до 80% превращается в тепло и передается посредством теплоносителя во внешний теплообменный контур.Solar radiation is absorbed by photoconverters and about 15% of the radiation energy is converted into electricity, and most of up to 80% is converted into heat and transferred through the coolant to an external heat exchange circuit.

Солнечный коллектор на фиг. 3 содержит, в отличие от фиг. 1, приемник излучения 3, окруженный со всех сторон теплоносителем 2, и приемник 2 содержит каналы 14 для дополнительного теплоносителя 15, соединенного с внешним тешюобменным контуром. Такая конструкция целесообразна при работе с высоким давлением в теплообменном контуре, когда используется сочетание газообразного теплоносителя 2 с жидким теплоносителем 15.The solar collector in FIG. 3 contains, in contrast to FIG. 1, the radiation receiver 3, surrounded on all sides by a coolant 2, and the receiver 2 contains channels 14 for an additional coolant 15 connected to an external heat exchange circuit. This design is appropriate when working with high pressure in the heat transfer circuit, when a combination of gaseous heat carrier 2 with liquid heat carrier 15 is used.

Солнечные коллекторы на фиг. 4, в дополнение к фиг. 1-3, приThe solar collectors in FIG. 4, in addition to FIG. 1-3, with

соединение друг с другом содержат сообщающиеся полости 16 и их корпусаconnecting with each other contain communicating cavity 16 and their body

и и and and

образуютГстену 17 или кровлю здания с е- i/sf &. л& е)г / form Gsten 17 or the roof of the building with e- i / sf &. l & e) g /

1 а 1 6 / ( 1 a 1 6 / (

Для водонепроницаемого соединения солнечных коллекторов друг с другом листам стекла придается форма черепицы или сайдинга, что обеспечивает перекрытие соединительных стыков и защиту корпуса от влаги.For waterproof connection of solar collectors with each other, glass sheets are given the shape of a tile or siding, which provides overlap of the joints and protection of the housing from moisture.

вмонтировано окно, состоящее из двух листов стекла размером 1000 х 100 х 2,5 мм, герметично соединенных между собой с зазором 0,2 мм швом герметизации шириной 10 мм из стеклянного припоя марки С-80, образуяa window is mounted, consisting of two sheets of glass with a size of 1000 x 100 x 2.5 mm, hermetically connected to each other with a gap of 0.2 mm with a sealing seam 10 mm wide of glass solder grade S-80, forming

замкнутый объем, который откачан до давления 2 10 мм. рт.ст.closed volume, which is pumped out to a pressure of 2 10 mm. Hg

На поверхность нижнего листа стекла, обращенную в вакуумный промежуток, нанесено покрытие из окиси олова и серебра.On the surface of the bottom sheet of glass facing the vacuum gap, a coating of tin oxide and silver is applied.

На внутренней поверхности дна корпуса расположен лист металла с антиотражающим покрытием из окиси олова или закиси меди. Корпус вместе с окном образует теплоаккумулирующую емкость, которая через патрубок наполняется холодной водой, а через второй патрубок происходит отбор горячей воды.On the inner surface of the bottom of the housing is a sheet of metal with an antireflection coating of tin oxide or copper oxide. The case together with the window forms a heat storage tank, which is filled with cold water through the pipe, and hot water is taken through the second pipe.

Коэффициент полезного действия предлагаемых солнечных коллекторов по сравнению с прототипом выше на 10-20 %. Таким образом, предложенное изобретение позволяет создавать солнечные коллектора с высокой эффективностью использования солнечной энергии.The efficiency of the proposed solar collectors compared with the prototype is 10-20% higher. Thus, the proposed invention allows the creation of solar collectors with high efficiency in the use of solar energy.

Claims

1. A solar collector comprising a hollow casing of heat-insulating material, located inside the casing and in thermal contact with a heat carrier and a light-absorbing receiver with a working surface on which solar radiation is incident, a translucent window in the casing, consisting of at least two transparent sheets, located one above the other with a certain gap, characterized in that the transparent sheets are made of glass and hermetically connected around the perimeter, forming a closed volume pumped out to a vacuum, and on the surface of at least one sheet of glass in a vacuum volume, a transparent coating is applied that reflects heat rays and transmits sunlight.

2. The solar collector according to claim 1, characterized in that the part of the housing parallel to the light-absorbing receiver contains an additional translucent window.

3. The solar collector according to claims 1 and 2, characterized in that the light-absorbing receiver is made of commutated photoconverters.

4. The solar collector according to claims 1 to 3, characterized in that the light-absorbing receiver has two working surfaces on opposite sides.

5. The solar collector according to claims 1 to 4, characterized in that the coolant fills the entire cavity of the housing.

6. Solar collector according to claims 1-5, characterized in that the heat carrier is transparent gas or liquid that is chemically inert with respect to the materials of the collector.

7. The solar collector according to claims 1 to 6, characterized in that the light-absorbing receiver is surrounded by a coolant.

8. The solar collector according to claims 1 to 6, characterized in that the light-absorbing receiver is mounted on the housing.

9. The solar collector according to claims 1 to 6, characterized in that the light-absorbing receiver is mounted on the inwardly facing surface of the glass sheet.

10. The solar collector according to claims 1 to 9, characterized in that the light-absorbing receiver comprises a channel with an additional heat carrier included in the heat exchange circuit.

11. Solar collector according to claims 1 to 10, characterized in that several buildings connected to each other with communicating cavities form the outer wall or roof of the building.

12. The solar collector according to claim 11, characterized in that the glass sheets are in the form of a tile or siding.