Устройство теплосъёма

Полезная модель относится к гелиотехнике и может быть использована, в частности, в устройствах, для более эффективного преобразования электромагнитного излучения Солнца в тепловую энергию для нагрева теплоносителя. Задачей предлагаемой полезной модели является увеличение эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую с помощью солнечного коллектора, за счет уменьшения потерь на теплообменных процессах от теплоприемной панели к жидкому теплоносителю. Эта задача решена в устройстве теплосъема, содержащем теплоприемную панель для поглощения солнечного излучения и преобразования этого излучения в тепло, и закрепленный на теплоприемной панели трубчатый теплообменник для передачи тепла от теплоприемной панели к жидкому теплоносителю, циркулирующему внутри трубчатого теплообменника, согласно заявленной полезной модели трубчатый теплообменник имеет со стороны его внутренней поверхности оребрение. В целях публикации просим использовать Фиг. 2.

Заявляемая полезная модель относится к гелиотехнике, может быть использована, в частности, в устройствах для преобразования электромагнитного излучения Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а более конкретно заявляемая полезная модель относится к устройству теплосъема.

Устройства теплосъема широко известны, например они описаны в статье под редакцией Бутузова В.А. Шетова В.X., Брянцевой Е.В., Бутузова В.В., Гнатюка И.С. «Солнечные коллекторы. Тенденции совершенствования конструкции // Альтернативная энергетика и экология.», издательство - JSJAEE. 2009. 10, С. 41-51.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) предлагается использовать конструкцию устройства теплосъема, используемого в солнечном коллекторе VITOSOL 100 SV1 (или SH1) фирмы VIESSMANN, смотрите например ссылку сети Интернет http://io.ua/7363437.

Данное устройство теплосъема содержит теплоприемную панель для поглощения солнечного излучения и преобразования этого излучения в тепло, и закрепленный на теплоприемной панели трубчатый теплообменник для передачи тепла от теплоприемной панели к жидкому теплоносителю, циркулирующему внутри трубчатого теплообменника. Трубчатый теплообменник со стороны внутренней поверхности гладкий.

Эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую с помощью солнечного коллектора VITOSOL 100-SV1 характеризуется оптическим КПД (_о), и составляет 0,791, т.е. общие потери, связанные с преобразование солнечной энергии в тепло составляют 21%., смотрите http://www.dincertco.de/logos/011-7s080_f.pdf.

Оптические потери - это часть солнечной энергии, которая при попадании на солнечный коллектор не была преобразована в тепловую энергию. Оптическая эффективность солнечного коллектора выражается оптическим коэффициентом полезного действия По (безразмерная величина) и зависит от поглощательной способности абсорбера, прозрачности изоляции (стекла), и эффективности поглощающей панели (эффективность передачи тепловой энергии от теплоприемной поглощающей панели к теплоносителю), выражаются в коэффициентах a, t, Fr соответственно. Таким образом _о=(a·t·Fr). Эти коэффициенты являются справочными и определяются при помощи стандартизированных испытаний, и относится к единице площади солнечного коллектора. В прототипе коэффициент Fr=0.93. (т.е. это около 30% от общих потерь КПД). Таким образом, доля потерь, связанная с конструкцией самого теплосьемного устройства в солнечном коллекторе VITISIL 100-SV1 составляет около 30% от общих потерь энергии солнечного коллектора при преобразовании солнечного излучения в нагрев жидкого теплоносителя, что является одним из его недостатков.

Задачей заявляемой полезной модели является увеличение эффективности преобразования солнечной энергии в тепловую за счет уменьшения потерь на теплообменных процессах от теплоприемной панели к жидкому теплоносителю.

Эта задача решена в устройстве теплосъема, содержащем теплоприемную панель для поглощения солнечного излучения и преобразования этого излучения в тепло, и закрепленный на теплоприемной панели трубчатый теплообменник для передачи тепла от тепло-приемной панели к жидкому теплоносителю, циркулирующему внутри трубчатого теплообменника, отличающееся тем, что трубчатый теплообменник имеет со стороны его внутренней поверхности оребрение.

За счет оребрения на внутренней поверхности трубчатого теплообменника увеличивается поверхность теплопередачи на единицу его длины, т.е. за счет оребрения увеличивается площадь контакта жидкого теплоносителя с внутренней поверхностью трубчатого теплообменника, что в конечном итоге приводит к увеличению теплопередачи от стенок трубчатого теплообменника к жидкому теплоносителю.

Кроме этого, оребрение вызывает турбулентность в потоке жидкого теплоносителя, что в свою очередь так же приводит к увеличению передачи тепла от стенок трубчатого теплообменника к жидкому теплоносителю.

Было бы целесообразно использовать в качестве трубчатого теплообменника гофрированную трубу. Такое выполнение трубчатого теплообменника технологично и менее материалозатратно.

Не менее целесообразно было бы уложить трубчатый теплообменник по поверхности теплоприемной панели змейкой.

Такая укладка трубчатого теплообменника на поверхности теплоприемной панели позволяет отказаться от паяных и/или сварных соединений в конструкции устройства теплосъема, присущих схеме теплосъемника типа «арфа».

Параметры оребрения трубчатого теплообменника, т.е. его внешний диаметр, внутренней диаметр, шаг оребрения, средняя ширина оребрения и т.д., должны быть оптимизированы с целью обеспечения максимальной теплопередачи от теплоприемной панели с помощью трубчатого теплообменника к жидкому теплоносителю, циркулирующему по трубчатому теплообменнику. В этой связи, например, в целях оптимизации шаг укладки трубчатого теплообменника змейкой должен быть по меньшей мере два внешних диаметра трубчатого теплообменника. В конечном итоге это приводит к увеличению теплопередачи от теплоприемной панели к теплоносителю. Необходимо выдержать минимальный шаг змеевидной укладки гофрированной трубы на поверхности теплоприемной панели.

Для более равномерной и эффективной передачи тепла от теплоприемной панели к трубчатому теплообменнику было бы целесообразно использовать полухомуты с опорами для фиксации трубчатого теплообменника на теплоприемной панели. При этом зазоры, образованные между полухомутами, трубчатым теплообменником и теплоприемной панелью могут быть заполнены высокотеплопроводным материалом для улучшения передачи тепла жидкому теплоносителю. Такие материалы, сами по себе, известны, смотрите например ссылку в сети Интернет http:\\www.ostec-materials.ru/materials/dlya-sborki-electron/teploprovodyashchie-pasty.php Опоры полухомутов могут быть приклепаны, приварены или припаяны к теплоприемной панели, в зависимости от доступной технологии производства.

Заявляемое устройства теплосъема прошло проверку на основе математического моделирования работы солнечного коллектора при различных геометрических характеристиках.

Полученные результаты математического моделирования показали, что у устройства теплосъема заявленного нами типа коэффициент Fr достигает значения 0.98. (т.е. это всего около 10% от общих потерь КПД). Таким образом, доля потерь, связанная с конструкцией заявленного нами теплосъемного устройства в солнечном коллекторе составляет около 10% от общих потерь энергии солнечного коллектора при преобразовании солнечного из лучения в нагрев жидкого теплоносителя, что выше по сравнению с прототипом примерно в три раза.

В дальнейшем заявленная полезная модель будет более подробно описана со ссылками на приложенные чертежи, на которых:

Фиг. 1 - теплосъемное устройство, разрез;

Фиг. 2 - теплосъемное устройство, вид сверху с задней стороны теплоприемной панели, с частичным разрезом;

Фиг. 3 - теплосъемное устройство, вид сверху с задней стороны теплоприемной панели, с частичным разрезом, в котором в качестве трубчатого теплообменника использована гофрированная труба.

Устройство теплосъема в целом изображено на Фиг. 1 и оно содержит теплоприемную панель 1 для поглощения солнечного излучения и преобразования этого излучения в тепло, трубчатый теплообменник 2, закрепленный на теплоприемной панели 1 для передачи тепла от теплоприемной панели 1 к жидкому теплоносителю 3, циркулирующему внутри трубчатого теплообменника 2. Согласно отличительной характеристике заявленной полезной модели трубчатый теплообменник 2 имеет со стороны своей внутренней поверхности оребрение 4 (Фиг. 2). В качестве трубчатого теплообменника 2 использована гофрированная труба 5 (Фиг. 3).

Согласно одному из предпочтительных вариантов осуществления настоящей полезной модели трубчатый теплообменник уложен змейкой по поверхности теплоприемной панели. При этом было бы желательно, чтобы шаг укладки трубчатого теплообменника змейкой составлял бы по меньшей мере два внешних диаметра трубчатого теплообменника.

Как вариант изготовления устройства теплосъема было бы разумно для фиксации трубчатого теплообменника на теплоприемной панели использовать полухомуты (Фиг. 1) с опорами 6. При этом опоры полухомутов могут приварены к теплоприемной панели солнечного коллектора ультразвуковой или лазерной сваркой.

Зазоры, образованные между полухомутами с опорами 6, трубчатым теплообменником 2 и теплоприемной панелью 1 заполнены высокотеплопроводным материалом, в данном конкретном случае высокотемпературной пастой.

1. Устройство теплосъёма, содержащее теплоприемную панель для поглощения солнечного излучения и преобразования этого излучения в тепло, и закрепленный на теплоприемной панели трубчатый теплообменник для передачи тепла от теплоприемной панели к жидкому теплоносителю, циркулирующему внутри трубчатого теплообменника, отличающееся тем, что трубчатый теплообменник имеет со стороны его внутренней поверхности оребрение.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве трубчатого теплообменника использована гофрированная труба.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что трубчатый теплообменник уложен змейкой по поверхности теплоприёмной панели.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что шаг укладки трубчатого теплообменника змейкой составляет по меньшей мере два внешних диаметра трубчатого теплообменника.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит полухомуты с опорами для фиксации трубчатого теплообменника на теплоприёмной панели.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что опоры приварены к теплоприёмной панели солнечного коллектора ультразвуковой или лазерной сваркой.

7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что зазоры, образованные между полухомутами с опорами, трубчатым теплообменником и теплоприёмной панелью, заполнены высокотеплопроводным материалом.