Плоский солнечный коллектор
Полезная модель относится к гелиотехнике и может быть использована в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя. Технический результат - повышение коэффициента полезного действия, надежности конструкции солнечного коллектора, его технологичности и повышения эксплуатационных характеристик. Солнечный коллектор содержит теплоизолированный корпус (4), с задней, торцевых и боковых сторон имеющий ограждения с отверстиями (5) для подвода внешних присоединительных труб, а сверху - однослойное или многослойное прозрачное ограждение (2), абсорбер (3) с поглощающим покрытием и содержащий каналы (12) для протекания жидкого теплоносителя, соединенные с коллекторными трубами (7) для подвода и отвода теплоносителя с помощью соединительного элемента (10). Коллекторные трубы (7) снабжены теплоизолированными крепежными элементами (9) и уплотнительными эластичными элементами (6), а также расположенными внутри корпуса (4) резьбовыми соединительными муфтами (8) для стыковки с внешними присоединительными трубами, и имеют, как минимум, по одному компенсирующему тепловое расширение элементу (11). 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Полезная модель относится к гелиотехнике и может быть использована, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева воздушного и жидкого теплоносителей. Солнечный коллектор может использоваться как основной или дополнительный нагреватель в системе горячего водоснабжения. Для нагрева жидкости используется энергия прямого солнечного излучения. Может применяться в системах с естественной (термосифонного типа) или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Известен солнечный коллектор, содержащий монолитный корпус из теплоизоляционного материала, например из вспененных полимеров типа полиуретан, полистирол, с дном, на котором выполнены углубления, прозрачное ограждение, размещенное между боковыми выступами корпуса, и абсорбер, расположенный в корпусе и прикрепленный к его дну с образованием каналов для протекания жидкого теплоносителя (см. RU 2134846, МПК F24J 2/04, 1999).
Наиболее близкой конструкцией, выбранной в качестве прототипа, является солнечный коллектор, содержащий герметичный корпус с прозрачной передней стенкой, теплоприемное устройство для передачи тепла теплоносителю, выполненное в виде панели, протекающему внутри нее, на внешнюю поверхность панели нанесено селективное покрытие. В пространстве между прозрачным защитным покрытием и теплоприемной панелью создан вакуум, либо оно заполнено аргоном, либо газами, содержащими люминофоры, которые позволяют сместить спектр падающего излучения в инфракрасную область, (см. RU 2350852C2 МПК F24J 2/24, 2009).
Однако эти солнечные коллекторы отличаются низкой ремонтопригодностью, подсоединение коллектора осуществляется резиновыми эластичными муфтами, отсутствует встроенный компенсатор теплового расширения коллекторных труб, что требует введения дополнительных навесных элементов, увеличивающих внешние габариты и снижающих общий КПД. Кроме того, процесс его изготовления и монтажа достаточно сложен и трудоемок.
В заявляемой полезной модели решается задача создания конструкции солнечного коллектора с минимальным количеством навесных элементов, максимальным соотношением площади поглощающей поверхности солнечного коллектора к его общей площади, и позволяющей наиболее близко располагать СК при соединении их в единую батарею.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой полезной модели на конструкцию солнечного коллектора, заключается в следующем:
1. Снижение тепловых потерь солнечного коллектора;
2. Увеличение количества вырабатываемой солнечным коллектором тепловой энергии;
3. Увеличение надежности соединений;
4. Увеличение механической прочности и срока эксплуатации солнечного коллектора;
5. Увеличение технологичности процесса монтажа солнечного коллектора.
Данный технический результат достигается тем, что в солнечном коллекторе, содержащем теплоизолированный корпус, с задней, торцевых и боковых сторон имеющем ограждения с отверстиями для подвода внешних присоединительных труб, а сверху - однослойное или многослойное прозрачное ограждение, абсорбер с поглощающим покрытием и содержащий каналы для протекания жидкого теплоносителя, соединенные с коллекторными трубами для подвода и отвода теплоносителя, согласно полезной модели, коллекторные трубы для подвода и отвода теплоносителя снабжены теплоизолированными крепежными элементами и уплотнительными эластичными элементами, а также расположенными внутри корпуса резьбовыми соединительными муфтами для стыковки с внешними присоединительными трубами и имеют, как минимум, по одному компенсирующему тепловое расширение элементу.
При этом коллекторные трубы для подвода и отвода теплоносителя выполнены полимерными или металлическими, компенсирующий тепловое расширение элемент имеет кольцевую или дугообразную форму и выполнен из металла или полимера, а радиусы его элементов выбраны такой величины, чтобы деформации происходили в зоне упругости выбранного материала. Дополнительно, уплотнительные эластичные элементы выполнены в виде манжет из резины или полимера с низкой теплопроводностью.
На фиг.1 представлен общий вид заявляемого солнечного коллектора, а на фиг.2 представлен поперечный разрез заявляемого солнечного коллектора, где обозначено:
1 - солнечное излучение;
2 - прозрачное ограждение;
3 - абсорбер;
4 - теплоизолированный корпус;
5 - отверстиями для подвода внешних присоединительных труб;
6 - уплотнительные эластичные элементы;
7 - коллекторные трубы;
8 - резьбовые соединительные муфты для стыковки с внешними присоединительными трубами;
9 - теплоизолированные крепежные элементы;
10 - соединительные элементы;
11 - компенсирующий тепловое расширение элемент;
12 - каналы для протекания жидкого теплоносителя.
Заявляемое устройство содержит прозрачное ограждение 2 солнечного коллектора, абсорбер 3, снабженный каналами 12 для протекания жидкого теплоносителя, теплоизолированный корпус 4 с отверстиями 5 для подвода внешних присоединительных труб, уплотнительные эластичные элементы 6 в виде резиновых или полимерных манжет, коллекторные трубы 7 для подвода и отвода теплоносителя с резьбовыми соединительными муфтами 8, теплоизолированные крепежные элементы 9 для крепления коллекторных труб 7 внутри корпуса 4, соединительные элементы 10, предназначенные для соединения коллекторных труб 7 и каналов (трубок) 12 абсорбера 3. Кроме того, устройство содержит, как минимум, один компенсирующий тепловое расширение элемент 11, расположенный между соединительным элементом 10 и одной из резьбовых муфт 8 для стыковки с внешними присоединительными трубами.
Как показано на фиг.1 и фиг.2, коллектор содержит теплоизолированный корпус 4, внутри него, к задней стенке (например), посредством теплоизолированных крепежных элементов 9 (хомуты, скобы) прикреплены коллекторные трубы 7. На концах коллекторных труб выполнены резьбовые соединительные муфты 8. Между резьбовыми муфтами 8 расположены компенсирующий(е) тепловое расширение элемент(ы) 11 (кольцевые или дугообразные) и соединительный(е) элемент(ы) 10. Напротив резьбовых муфт, в боковых сторонах корпуса 4 выполнены отверстия для подвода внешних присоединительных труб с жидким теплоносителем, которые уплотнены и теплоизолированы эластичными (резиновыми или полимерными) манжетами 6.
Между коллекторными трубами 7 (или выше них) расположен абсорбер 3 с каналами 12 для теплоносителя. Абсорбер 3 расположен ниже верхнего уровня теплоизолированного корпуса 4. Прозрачное ограждение 2 посредством прижима (не показан) прилегает к корпусу 4, закрывая внутреннюю полость корпуса и элементы внутри него от воздействия окружающей среды.
Устройство работает следующим образом:
Солнечная радиация 1, проникая сквозь прозрачное ограждение солнечного коллектора 2, поглощается абсорбером 3 и преобразуется в тепловую энергию, которая в виде тепла отводится жидким теплоносителем, циркулирующем по каналам абсорбера 3. Теплоизолированный корпус 4 и прозрачное ограждение 2 предназначены для снижения тепловых потерь и увеличения общего КПД солнечного коллектора.
Далее через соединительные элементы 10 жидкий теплоноситель подается в коллекторные трубы 7, и выводится за пределы корпуса 4 через отверстия 5, которые уплотнены и теплоизолированы эластичными манжетами 6, в результате чего снижается уровень тепловых потерь и повышается общий КПД устройства.
При этом коллекторные трубы 7 для подвода и отвода теплоносителя снабжены резьбовыми соединительными муфтами 8 с теплоизолированными крепежными элементами 9, расположенными внутри корпуса 4 солнечного коллектора, что также снижает уровень тепловых потерь.
Поскольку солнечный коллектор работает в широком интервале температур теплоносителя (от минус 50°С до +150°С), то неизбежно тепловое расширение его элементов, и в первую очередь таких, как коллекторные трубы 7. Чтобы снизить деформации корпуса, увеличить надежность устройства, в коллекторные трубы 7 интегрированы компенсирующие тепловое расширение элементы 11, выполненные из металла или полимерного материала. Компенсирующий тепловое расширение элемент 11 может быть выполнен кольцевым или дугообразным.
Традиционно присоединение коллекторов, используемое в аналогах, осуществляется с помощью резинотканевых муфт и металлических хомутов, однако такое соединение требует наличия коллекторной трубы, выведенной за габаритные размеры солнечного коллектора, что приводит к увеличению общих габаритных размеров солнечного коллектора, увеличению до 8-15 см расстояния между коллекторами при их параллельном соединении, отличается невысокой надежностью и долговечностью.
Предлагаемая конструкция соединения с резьбовыми муфтами, находящимися в корпусе солнечного коллектора, позволяет размещать коллекторы практически вплотную друг к другу (зазор составит 1-2 см), что увеличит коэффициент заполнения и общий КПД на 5-10%; позволит использовать стандартные резьбовые соединительные элементы; повысит простоту и технологичность монтажа, надежность соединения.
1. Солнечный коллектор, содержащий теплоизолированный корпус, с задней, торцевых и боковых сторон имеющий ограждения с отверстиями для подвода внешних присоединительных труб, а сверху - однослойное или многослойное прозрачное ограждение, абсорбер с поглощающим покрытием и содержащий каналы для протекания жидкого теплоносителя, соединенные с коллекторными трубами для подвода и отвода теплоносителя, отличающийся тем, что коллекторные трубы для подвода и отвода теплоносителя снабжены теплоизолированными крепежными элементами и уплотнительными эластичными элементами, а также расположенными внутри корпуса резьбовыми соединительными муфтами для стыковки с внешними присоединительными трубами и имеют как минимум по одному компенсирующему тепловое расширение элементу.
2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что коллекторные трубы для подвода и отвода теплоносителя выполнены полимерными или металлическими.
3. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что компенсирующий тепловое расширение элемент имеет кольцевую или дугообразную форму и выполнен из металла или полимера, а радиусы его элементов выбраны такой величины, чтобы деформации происходили в зоне упругости выбранного материала.
4. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что уплотнительные эластичные элементы выполнены в виде манжет из материала с низкой теплопроводностью.
