Солнечный коллектор
Полезная модель относится к солнечной энергетике, в частности, к солнечным коллекторам, и предназначена для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения. Теплоизоляция в солнечном коллекторе выполнена из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м2·°С, а корпус - из материала с коэффициентом теплопроводности не более 0,15 Bт/м2 ·°C. Нагревательные трубы коллектора выполнены в виде змеевика с радиусом калача, равным от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, и один калач змеевика плавно переходит в другой. Расстояние между калачами змеевика равно от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, а отражающая поверхность нанесена на всю внутреннюю поверхность корпуса устройства и на лицевую сторону утеплителя. Технический результат полезной модели заключается в улучшении прогрева теплоносителя, а также в снижении теплопотерь. 1 незав. п. ф-лы, 5 ил.
Полезная модель относится к солнечной энергетике, в частности, к солнечным коллекторам, и предназначено для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения, и относится к перспективным направлениям новых технологических решений и приоритетным направлением развития науки и техники РФ.
Заявляемая полезная модель относится к приоритетному направлению развития науки и технологий «Технологии новых и возобновляемых источников энергии» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г.Смирнов, Е.В.Скиданова, С.А.Краснов. - М.: ПАТЕНТ, 2008. -c.43]
Известен солнечный коллектор (патент RU 2265162, МПК F24J 2/46, F24J 2/24, опубликован 2005.11.27), имеющий аналогичные составные части, но металлические параллельные трубы имеют прямую форму, также в его конструкции используются элементы оконной системы алюминиевых профилей, совместимые с элементами фасадной системы профилей пространственных строительных алюминиевых конструкций.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: прозрачное остекление, корпус, теплоизоляция, поглотитель с трубами.
Недостатком аналога является сложность конструкции и отсутствие возможности замены отдельных элементов, поскольку лучепоглощающий лист типа «труба в листе» в основном изготавливается в заводских условиях; отсутствие отражающего слоя внутри устройства, а также относительно низкая теплопроизводительность из-за возможных потерь через прозрачное остекление и в отводящем коллекторе. При таком исполнении нагревательных труб в аналоге возможен недостаточный нагрев теплоносителя, поскольку теплоноситель будет находится в нагревательных трубах меньшее время, чем при исполнении их в виде змеевика. При выполнении корпуса из металлического профиля теплопотери будут больше, чем при выполнении корпуса из дерева. В такой ситуации возможно неполное использование потенциала коллектора.
Наиболее близкой к заявляемому устройству по совокупности признаков является конструкция солнечного коллектора, указанная в патенте RU 90884 U1, МПК F24J 2/00, опубликованном 2010.01.20.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются: корпус с прозрачным остеклением и теплоизоляцией, лучепоглощающий лист и ряд нагревательных труб, соединенных между собой входными и выходными коллекторными трубками для подвода и отвода теплоносителя, и отражающая поверхность внутри корпуса.
Недостатками аналога являются: прямая форма трубок, что является причиной недостаточного прогрева теплоносителя, небольшое количество выходных патрубков, что ограничивает подключение коллектора лишь одной стороной, а также то, что отражающий слой находится только по боковым сторонам внутри корпуса устройства.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка простого в изготовлении и удобного в эксплуатации плоского солнечного коллектора с улучшенными теплофикационными свойствами, что позволит эффективно использовать его в условиях с низкими температурами наружного воздуха и большим диапазоном колебаний суточных температур, что характерно для сибирских условий.
Технический результат полезной модели заключается в повышении теплофикационных свойств коллектора за счет более высокой степени прогрева теплоносителя, а также снижения теплопотерь.
Технический результат полезной модели достигается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем корпус с прозрачным остеклением и теплоизоляцией, поглотитель, выполненный из лучепоглощающего листа и ряда нагревательных труб, соединенных между собой входным и выходным коллекторами для подвода и отвода теплоносителя, и отражающую поверхность внутри корпуса, согласно полезной модели, теплоизоляция выполнена из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м2·°С, корпус коллектора выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности не более 0,15 Вт/м2·°С, а нагревательные трубы коллектора выполнены в виде змеевика с радиусом калача равным от 3 до 10 диаметров нагревательных труб. При этом один калач змеевика плавно переходит в другой, а расстояние между калачами змеевика равно от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, отражающая поверхность нанесена на всю внутреннюю поверхность корпуса устройства, а также на лицевую сторону утеплителя.
Выполнение теплоизоляции из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м2 ·°С обеспечивает снижение теплопотерь солнечного коллектора.
Выполнение корпуса коллектора из материала с коэффициентом теплопроводности не более 0,15 Вт/м2·°С обеспечивает снижение теплопотерь солнечного коллектора, а также облегчает конструкцию коллектора.
Сама форма выполнения нагревательных труб коллектора в виде змеевика обеспечивает достижение технического результата благодаря обеспечению возможности более высокой степени прогрева теплоносителя, однако соблюдение требований к форме выполнения загибов - калачей, а также к расстоянию между ними, вносит также существенный вклад в достижение технического результата. Термин «калач» является общепринятым в соответствие с нормативной документацией [СТО НП «АВОК» 6.3.1-2007. Трубопроводы из медных труб для систем внутреннего водоснабжения и отопления. -с.55].
Выполнение нагревательных труб коллектора в виде змеевика с радиусом калача, равным от 3 до 10 диаметров нагревательных труб и выполнение змеевика так, что один калач змеевика плавно переходит в другой, позволяет теплоносителю, проходящему через эти трубы дольше находиться в греющей зоне, а значит - повысить свою температуру.
Выполнение змеевика с расстоянием между его калачами, равным от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, обеспечивает лучший прогрев теплоносителя, а также обеспечивает большую компактность солнечного коллектора, а следовательно, удобство в эксплуатации.
Обшивка всей внутренней поверхности коллектора, а также лицевой стороны утеплителя отражающим слоем позволяет снизить теплопотери и улучшить теплопоглощение труб.
Отличия от прототипа доказывают «новизну» заявляемой полезной модели.
Полезная модель поясняется чертежами, где, на фиг.1 представлен вид спереди солнечного коллектора, на фиг.2 - вид слева солнечного коллектора, на фиг.3 - продольный разрез по линии А-А, на фиг.4 - продольный разрез по линии Б-Б, на фиг.5 - элемент змеевика.
Элементы заявляемого солнечного коллектора обозначены следующими цифровыми позициями:
1 - прозрачное остекление;
2 - опорные элементы;
3 - лучепоглощающий лист;
4 - коллекторные трубки;
5 - нагревательные трубы;
6 - отражающий слой;
7 - теплоизоляция;
8 - корпус;
9 - выходные патрубки.
Солнечный коллектор содержит корпус 8 из древесины, выполненный в виде прямоугольного короба, имеющего размеры L×H×1 и закрытого прозрачным остеклением 1, представляющим собой лучепропускающий слой, служащий прозрачной изоляцией. С обратной стороны корпуса 8 расположена теплоизоляция 7, предназначенная для уменьшения теплопотерь с тыльной стороны коллектора. Внутри корпуса 8 установлен лучепоглощающий лист 3, выполненный из стального листа, покрытого черной эмалью, и ряд нагревательных труб 5 с диаметром d, соединенных между собой коллекторными трубками 4 с присоединенным к ним выходными патрубками 9 для подвода и отвода теплоносителя. Входные патрубки имеют между собой расстояние h. Нагревательные трубки имеют форму змеевика с радиусом калача 3-10d. Расстояние между калачами также составляет 3-10d. Лучепоглощающий лист 3 прижат нагревательными трубами 5. Прозрачное остекление 1 закреплено на опорных элементах 2. Изнутри корпус обшит отражающим слоем 6, как и лицевая сторона теплоизоляции 7.
Был создан опытный образец полезной модели. Корпус 8 был выполнен из фанеры, имеющей коэффициент теплопроводности 0,15 Вт/м2·°С. Фанерные листы скреплены стальными уголками. Прозрачное остекление 1 было выполнено из стеклопакета и закреплено опорными элементами 2, представляющими собой деревянные штапики, лучепоглощающий лист 3 представляет собой стальной лист, с нанесенным на него слоем черной эмали, нагревательные трубы 5 с диаметром 10 мм выполнены из меди, радиус калачей составляет 30 мм, расстояние между калачами составляет 60 мм. Коллекторные трубки 4, представляют собой гребенки из латуни, выходные патрубки 9 выполнены из стали, отражающий слой 6 выполнен из фольги, а теплоизоляция 7 сделана из порорпласта с коэффициентом теплопроводности 0,036 Вт/м2·°С. Первые испытания были проведены успешно.
Устройство работает следующим образом.
Устройство может быть установлено как на земле, так и на различных частях жилых домов, общественных зданий и промышленных сооружений, а также быть интегрировано в строительную конструкцию для снижения теплопотерь и теплотехнических требований к сооружениям ограждающих конструкций.
Световые солнечные лучи (коротковолновое излучение), попадая на поверхность коллектора, проходят через прозрачное остекление 1, и, падая на лучепоглощающий лист 3, а затем и на лежащие под ним нагревательные трубы 5, трансформируются в длинноволновое тепловое излучение, которое поглощается теплоносителем, проходящим по нагревательным трубам 5. Теплоноситель, нагреваясь, циркулирует под действием динамического давления или при помощи насоса (на чертеже не показан).
Солнечный коллектор, содержащий корпус с прозрачным остеклением и теплоизоляцией, лучепоглощающий лист и ряд нагревательных труб, соединенных между собой входными и выходными коллекторными трубками для подвода и отвода теплоносителя, и отражающую поверхность внутри корпуса, отличающийся тем, что теплоизоляция выполнена из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м2·°С, корпус коллектора выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности не более 0,15 Вт/м 2·°С, нагревательные трубы коллектора выполнены в виде змеевика с радиусом калача, равным от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, и расстояние между калачами змеевика равно от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, при этом один калач змеевика плавно переходит в другой, а отражающая поверхность нанесена на всю внутреннюю поверхность корпуса устройства и на лицевую сторону утеплителя.
