ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2212595

СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР

СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР

Имя изобретателя: Щукина Т.В.; Кузнецова Л.В. 
Имя патентообладателя: Воронежская государственная архитектурно-строительная академия
Адрес для переписки: 394006, г.Воронеж, ул. ХХ-летия Октября, 84, ВГАСА, Зав. отделом научно-технических экспертиз и патентоведения
Дата начала действия патента: 2001.12.10 

Изобретение относится к гелиотехнике и позволяет повысить эффективность нагрева теплоносителя за счет более полного использования солнечной энергии в плоском коллекторе и увеличения продолжительности контакта теплоносителя с излучением. В коллекторе под светопрозрачным покрытием и над поглощающими трубами установлены параболоцилиндрические отражатели, образующие непрерывную гофрированную панель и снабженные в своей нижней части жидкостными линзами. Жидкостные линзы размещены над поглощающими трубами и соосно с ними. Под выпуклостями гофр панели установлены жидкостные призматические отражатели. Конструкция солнечного теплового коллектора позволяет концентрировать лучистую энергию на поглощающие трубы, что обеспечивает нагрев теплоносителя до высоких температур. Заполнение теплоносителем жидкостных призматических отражателей, линз и поглощающих труб увеличивает время его контакта с полученной от излучения теплотой, а также аккумулирующую способность устройства.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений.

Известен гелионагреватель жидкости [1] , содержащий корпус со светопрозрачным покрытием и параллельно размещенные в нем трубы с поглощающей поверхностью и оптически связанные с ними отражатели с полуцилиндрической поверхностью, расположенные под поглощающими трубами так, что ось каждого отражателя выше уровня оси соответствующей трубы. Отражатели соединены между собой посредством плоских перемычек.

Размещение труб в полостях отражателей рассматриваемого гелионагревателя предполагает фокусирование отраженных лучей и поглощение их поверхностью труб. Необходимым условием эффективной работы такого устройства является непрерывное слежение за солнцем, обеспечивающее перпендикулярное падение лучей к гелионагревателю. Однако системы слежения в основном применяются в параболоидных солнечных печах. При стационарной установке, характерной для плоских коллекторов, угол поступления прямой солнечной радиации на их поверхность в дневное время суток изменяется при постоянном положении отражателей. В результате, часть отразившихся лучей будет направлена не к трубам, а пройдет мимо них и сквозь светопрозрачное покрытие в окружающую среду. Следует также отметить, что некоторая доля поверхности отражателей будет продолжительное время находиться в зоне собственной тени. Все это значительно снизит количество теплоты, получаемой при поглощении излучения. Кроме того, заполнение теплоносителем лишь только труб уменьшит продолжительность его контакта с нагретой солнечной радиацией поглощающей поверхностью, что приведет к снижению эффективности и производительности коллектора.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор [2], содержащий корпус с входным и выходными патрубками, светопрозрачное покрытие, расположенные параллельно в одной плоскости поглощающие трубы и оптически связанные с ними отражатели одинакового цилиндрического профиля, размещенные под трубами и образующие непрерывную гофрированную поверхность. Поглощающие трубы контактируют с центральной плоской поверхностью цилиндрических отражателей.

Нагревание теплоносителя в поглощающих трубах этого коллектора будет неравномерно и неэффективно, так как прямая солнечная радиация в течение светового дня поступает на светопрозрачное покрытие корпуса под разным углом. Изменение угла падения лучей на отражатели ввиду стационарного положения устройства приведет к тому, что часть из них, отразившись, направляется не к трубам, а сквозь светопрозрачное покрытие в окружающую среду, увеличивая потери теплоты коллектором. Размещение поглощающих труб с контактированием в центральной плоской поверхности цилиндрических отражателей создает затененные зоны, ухудшающие процесс улавливания излучения. В данном устройстве теплоноситель проходит только по поглощающим трубам, поэтому он недостаточно продолжительно контактирует с теплотой, полученной от солнечной радиации, что в конечном итоге приводит к снижению эффективности нагрева и уменьшению производительности коллектора.

Задачей изобретения является повышение эффективности нагрева теплоносителя за счет более полного использования солнечного излучения в плоском коллекторе и увеличения продолжительности его контакта с полученной теплотой, приводящей к возрастанию аккумуляции тепловой энергии.

Эта задача решается тем, что в солнечном тепловом коллекторе, содержащем корпус с входным и выходным патрубками, имеющий светопрозрачное покрытие, размещенные поглощающие трубы и оптически связанные с ними отражатели одинакового профиля, образующие непрерывную гофрированную панель, отличительными от прототипа признаками являются его снабжение поперечными распределительной, связанной с входным патрубком, и промежуточной трубами, примыкающими к противоположным торцам непрерывной гофрированной панели, выполненной из светопрозрачного материала и установленной над поглощающими трубами с укрепленными на их наружной поверхности теплопроводными поглощающими пластинами, причем вогнутые части отражателей, выполненные параболоцилиндрической формы, снабжены в нижних своих частях жидкостными линзами, соосными поглощающим трубам, а в полостях, образованных выпуклостями гофр, установлены дополнительные жидкостные призматические отражатели, сообщенные своими входными торцами с поперечной распределительной трубой, а выходными - с промежуточной трубой, соединенной с входными торцами жидкостных линз, сообщенных противоположными концами посредством перепускных патрубков с поглощающими трубами, связанными через сборную трубу с выходным патрубком.

Предлагаемая конструкция солнечного теплового коллектора позволяет достичь высокой степени улавливания солнечной энергии за счет выполнения отражателей светопрозрачными и параболоцилиндрической формы с установкой в их нижней части жидкостных линз, а также размещения в корпусе жидкостных призматических отражателей, которые в совокупности направляют и концентрируют излучение на трубы и ближайшую к ним зону теплопроводных поглощающих пластин. Это значительно увеличивает температуру теплоносителя на выходе из устройства. Заполнение теплоносителем не только поглощающих труб, но и жидкостных призматических отражателей и линз обеспечивает его длительный контакт с теплотой, получаемой от солнечного излучения, что значительно увеличивает аккумуляцию тепловой энергии в коллекторе.

СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР
 

На фиг. 1 изображен вид сверху солнечного теплового коллектора.

На фиг.2 - сечение коллектора, разрез 1-1.

На фиг.3 показан разрез 2-2.

На фиг.4 - фрагмент аксонометрии рабочего сечения коллектора.

Солнечный тепловой коллектор состоит из корпуса 1 со светопрозрачным покрытием 2 и тепловой изоляцией 3. Корпус снабжен входным 4 и выходным 5 патрубками для подачи и отвода теплоносителя. На тепловой изоляции 3 параллельно размещены поглощающие трубы 6, к наружной поверхности которых прикреплены поглощающие пластины 7. В корпусе 1 над трубами 6 установлены параболические отражатели 8, образующие непрерывную гофрированную панель 9. В своей нижней вогнутой части 10 они снабжены жидкостными линзами 11, расположенными над трубами 6 и соосно с ними. Под выпуклостями гофр 12 панели 9 размещены жидкостные призматические отражатели 13. Входные торцы 14 жидкостных призматических отражателей 13 сообщены с распределительной трубой 15, а выходные 16 - с промежуточной трубой 17, расположенными на противоположных стенках корпуса 1 и примыкающими к непрерывной гофрированной панели 9. К промежуточной трубе 17 также подсоединены входные торцы 18 жидкостных линз 11. Противоположные входным торцам 18 концы 19 жидкостных линз 11 снабжены перепускными патрубками 20 для сообщения с поглощающими трубами 6. Под промежуточной трубой 17 в корпусе 1 расположена сборная труба 21, к которой подведены поглощающие трубы 6. Распределительная труба 15 соединена с входным патрубком 4 для подачи теплоносителя, а сборная труба 21 - с выходным патрубком 5 для его отвода. Жидкостные линзы 11, а также параболоцилиндрические 8 и жидкостные призматические отражатели 13 оптически связаны с поглощающими трубами 6 коллектора.

СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

По входному патрубку 4 прозрачный теплоноситель поступает в распределительную трубу 15, а затем по входным торцам 14 в жидкостные призматические отражатели 13. Солнечное излучение проникает через светопрозрачное покрытие 2 и падает на гофрированную панель 9, где частично проходит сквозь нее и частично отражается в параболоцилиндрических отражателях 8. Преодолевшие гофрированную панель 9 лучи попадают на жидкостные призматические отражатели 13, в которых их незначительный поток поглощается теплоносителем, нагревая его, а основной поток лучей отражается в направлении к поглощающим трубам 6 и к расположенной в близи этих труб области теплопроводных поглощающих пластин 7. Незначительно подогреваясь в жидкостных призматических отражателях 13, теплоноситель перемещается к выходным торцам 16 и поступает в промежуточную трубу 17, из которой затем перетекает по входным торцам 18 в жидкостные линзы 11 параболоцилиндрических отражателей 8. Световые лучи, попавшие на гофрированную панель 9 и отразившиеся от нее, направляются на противоположную поверхность параболоцилиндрических отражателей 8, где в основном вновь отражаются, а также частично проходят сквозь них, попадая на призматические отражатели 13. Параболоцилиндрическая форма отражателей 8 способствует многократному отражению лучей, приводящему к их концентрации вблизи жидкостных линз 11. Так как линзы собирающие, то основная доля излучения, которая проникнет сквозь них и не поглотиться теплоносителем, заполняющим их полость, сосредоточится на трубах 6. Это вызовет значительное нагревание поверхности поглощающих труб 6. После дополнительного прогрева в жидкостных линзах 11 теплоноситель по перепускным патрубкам 20 поступает в поглощающие трубы 6, где за счет полученной от излучения теплоты значительно повышает свою температуру. Горячий теплоноситель из поглощающих труб 6 попадает в сборную трубу 21, а затем по выходному патрубку 5 направляется к потребителю.

Таким образом, конструкция солнечного коллектора позволяет более эффективно использовать солнечную энергию за счет снижения потерь в окружающую среду, а также за счет концентрирования излучения и направления его на поглощающие трубы с теплоносителем. Так как в коллекторе теплоноситель постепенно перемещается по жидкостным призматическим отражателям, линзам и поглощающим трубам, то значительно увеличивается время его контакта с теплотой, полученной от излучения. Это обеспечивает его нагревание до более высоких температур, а также увеличивает аккумулирующую способность рассматриваемого устройства.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. А.с. 1490396, МКИ F 24 J 2/14, 1989.

2. А.с. 1474392, МКИ F 24 J 2/18, 1989.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, имеющий светопрозрачное покрытие, размещенные поглощающие трубы и оптически связанные с ними отражатели одинакового профиля, образующие непрерывную гофрированную панель, отличающийся тем, что он снабжен поперечными распределительной, связанной с входным патрубком, и промежуточной трубами, примыкающими к противоположным торцам непрерывной гофрированной панели, выполненной из светопрозрачного материала и установленной над поглощающими трубами с укрепленными на их наружной поверхности теплопроводными поглощающими пластинами, причем вогнутые части отражателей, выполненные параболоцилиндрической формы, снабжены в нижних своих частях жидкостными линзами, соосными поглощающим трубам, а в полостях, образованных выпуклостями гофр, установлены дополнительные жидкостные призматические отражатели, сообщенные своими входными торцами с поперечной распределительной трубой, а выходными - с промежуточной трубой, соединенной с входными торцами жидкостных линз, сообщенных противоположными концами посредством перепускных патрубков с поглощающими трубами, связанными через сборную трубу с выходным патрубком.

Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг


вверх