Солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева

Авторы патента:

Газалов Владимир Сергеевич (RU)

Брагинец Андрей Валерьевич (RU)

F24J2/26 - с увеличенными поверхностями, например за счет выступов (F24J 2/28 имеет преимущество)

F24J2/06 - с элементами для концентрации энергии (оптические элементы или системы как таковые G02B)

Владельцы патента RU 2550289:

Государственное научное учреждение Северо-Кавказский научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ СКНИИМЭСХ Россельхозакадемии) (RU)

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным коллекторам для преобразования солнечной энергии в тепловую в системах отопления и горячего водоснабжения как для бытовых потребителей, так и для сельскохозяйственных объектов. Солнечный коллектор содержит корпус, имеющий прозрачное покрытие, поглощающие каналы для прохода теплоносителя, отражающую солнечное излучение поверхность, каналы имеют прямоугольное поперечное сечение. Корпус выполнен из теплоизоляционного материала, прозрачное покрытие выполнено с двух сторон солнечного коллектора в виде двухкамерного стеклопакета с нанесенным селективным покрытием, поглощающие каналы выполнены внутри жестко соединенных между собой радиатор-конвекторных секций, имеющих прямоугольное, а также круглое поперечное сечение для прохода теплоносителя, отражающая солнечное излучение поверхность выполнена многофункциональной в виде теплопоглощающих и теплоотводящих радиатор-конвекционных элементов, которые в совокупности образуют ряды концентраторов -образной, или -образной, или U-образной, или W-образной формы, образованных на поверхности радиатор-конвекторной секции, активная часть поверхности которых покрыта селективным покрытием, между ребрами радиатор-конвекторных секций расположены емкости с фазопереходным веществом. Реализация данного солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева позволяет максимально эффективно использовать солнечную энергию. 4 ил.

Известен тепловой коллектор с концентрацией солнечных лучей, стекло, концентрирующее солнечные лучи, и с вакуумной прослойкой, сибирский дом с отоплением от гелиоэнергетики /1/, который включает: корпус с зазеркаленными боковыми поверхностями, термостойкую теплоизоляцию, теплообменник, один или два слоя прозрачной полупроводниковой теплоизоляции, концентрирующее стекло либо концентрирующее вакуумное стекло.

Недостатками данной разработки является: неэффективное использование солнечной энергии и удержание ее внутри теплового коллектора; значительные потери через теплоизоляционные слои; нетехнологичность изготовления, что ведет к удорожанию данных конструкционных особенностей изобретения.

Известен солнечный тепловой коллектор /2/, который включает в себя: корпус со светопрозрачным покрытием и тепловой изоляцией, входной и выходной патрубок для подачи и отвода теплоносителя, пластинчатые отражатели, полимерную пленку с металлизированным покрытием, поглощающие пластины, параболические отражатели, образующие непрерывную гофрированную панель, жидкостные призматические отражатели, промежуточную, сборную и распределительную трубу, перепускные патрубки.

К основным недостаткам данного солнечного теплового коллектора можно отнести: отсутствие теплоудерживающего слоя на светопрозрачном покрытии, существенные тепловые потери в окружающую среду; большой коэффициент отражения от тепловоспринимающей поверхности; неравномерность нагрева теплоносителя, что ведет к долгому его нагреву; нерациональность использования представленного количества отражателей так, как первая составляющая солнечного луча, частично поглощающаяся поверхностью теплопоглощающей гофрированной панели, является самой энергоемкой, все остальные менее энергоемкие; в утренние и вечерние часы солнцестояния установка малоэффективна.

Известен коллектор-приемник оптического излучения /3/, содержащий корпус, прозрачное ограждение, установленное с уплотнением в его боковых пазах, зеркального абсорбера, торцевых крышек с уплотнением, патрубков ввода-вывода теплоносителя с теплоизоляцией.

К недостаткам коллектора-приемника оптического излучения можно отнести то, что в системе не предусмотрено использование теплоаккумулирующих материалов, что делает установку неэффективной в вечерние и ночные часы суток; нерациональное использование тепловоспринимающей поверхности коллектора-приемника не позволяет ей качественно выполнять все заложенные в нее функции; использование пленочных слоев приводит к повышению коэффициента отражения; трудоемкость и нетехнологичность изготовления конструкции.

Наиболее близким аналогом по совокупности признаков является солнечный тепловой коллектор /4/, содержащий корпус, имеющий прозрачное покрытие, размещенные в нем на одинаковом расстоянии друг от друга поглощающие каналы для прохода теплоносителя, и отражающую солнечное излучение гофрированную поверхность, каналы имеют прямоугольное сечение.

К недостаткам данного солнечного теплового коллектора можно отнести то, что установка эффективна только при прямом попадании солнечных лучей, нетехнологичность изготовления, неспособность системы работать при высоких давлениях, значительные потери тепла в окружающую среду, использование гофрированной поверхности только для отражения лучей без последующего поглощения и полезного использования рабочей поверхности теплового солнечного коллектора, контакта вершин для этого недостаточно.

Задачей изобретения является создание конструкции солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева, который сможет решить проблему максимально эффективного использования солнечной энергии, снижение тепловых потерь, компактность и технологичность изготовления, добиться многофункциональности концентратора.

Для достижения поставленной задачи используется солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева, содержащий корпус, имеющий прозрачное покрытие, размещенные в нем на одинаковом расстоянии друг от друга поглощающие каналы для прохода теплоносителя, и отражающую солнечное излучение поверхность, каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, отличающийся тем, что корпус предлагается выполнить из теплоизоляционного материала, прозрачное покрытие выполнить с двух сторон солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева в виде двухкамерного стеклопакета с нанесением селективного покрытия, поглощающие каналы выполнить внутри жестко соединенных между собой радиатор-конвекторных секций, имеющих прямоугольное, а также круглое поперечное сечение для прохода теплоносителя, отражающую солнечное излучение поверхность выполнить многофункциональной в виде теплопоглощающих и теплоотводящих радиатор-конвекционных элементов, которые в совокупности образуют ряды концентраторов -образной формы, технологически образованных на поверхности радиатор-конвекторной секции, активная часть поверхности которых покрыта селективным покрытием, между ребрами радиатор-конвекторных секций расположить емкости с фазопереходным веществом: также форма концентратора может быть -образной, U-образной или W-образной.

Данное изобретение поясняется следующими чертежами:

на фиг. 1 показана конструкция солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева на примере 2 секций,

на фиг. 2 показан продольный разрез А-А фиг. 1,

на фиг. 3 показан поперечный разрез Б-Б фиг. 1,

на фиг. 4 показан продольный разрез В-В фиг. 1.

Солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева (фиг. 1-4) включает: теплоизолирующий корпус 1, секционный радиатор-конвектор 2, на котором технологично образованы концентраторы 4 с нанесением селективного поглощающего покрытия черного цвета и в котором происходит циркуляция теплоносителя 8, два двухкамерных стеклопакета 3, с нанесением селективного покрытия 5, емкости с фазопереходным веществом 6, тепловоспринимающие распорки 7, заглушки 9.

Солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева работает следующим образом.

Солнечные лучи, падающие под разными углами и проникающие через двухкамерный стеклопакет 3 (фиг. 2, 3) с нанесенным селективным покрытием 5 (фиг. 2, 3), которое полностью пропускает солнечное излучение, но не дает ему вернуться обратно в окружающую среду, тем самым снижает теплопотери в солнечном коллекторе с концентратором для гелиоводоподогрева, и может быть выполнено на примере низкоэмиссионных покрытий, попадают на поверхность радиатор-конвекторных секций, выполненных например, из алюминия, меди или биметалла, на которых технологично образованы концентраторы 4 (фиг. 2, 3), поверхность которых покрыта селективным покрытием, например черной термостойкой матовой краской, после чего в процессе многократных отражений на поверхностях концентраторов энергетически важная составляющая солнечного луча полностью поглощается, а образованные концентраторами радиатор-конвекторные ребра участвуют в процессе переноса тепловых масс при помощи конвекции, тем самым эффективность самого солнечного коллектора существенно возрастает. При этом конструкция компактна и не требует больших капиталовложений. Часть солнечных лучей попадает на емкости с фазопереходным веществом 6 (фиг. 2, 3), находящиеся между двумя передними и задними ребрами секций, тем самым закрывающие зазоры, образованные при жестком соединении секций между собой. Теплоаккумулирующее вещество за период солнечного излучения накапливает в себе полезную энергию, которую впоследствии отдает через стенки теплоносителю в часы, когда солнце теряет свою активность.

Солнцевоспринимающая поверхность солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева нагревается и начинает равномерно распределять тепловые массы по всему солнечному коллектору, тем самым эффективно передавая его теплоносителю 8 (фиг. 3, 4), такому как вода или другие жидкие среды. Благодаря рационально выбранному направлению теплоносителя 8 (фиг. 4), при помощи заглушек 9 (фиг. 4), будет выполняться быстрый и энергосберегающий водоотбор, а также появится возможность создавать повышенное давление столба жидкости. Использование распорок 7 (фиг. 1, 2, 4) не только помогает эффективно жестко разместить секции радиатор-конвектора внутри теплоизолирующего корпуса 1 (фиг. 1-4), но и дает дополнительную активную площадь для теплообмена. Теплоизолирующий корпус 1 (фиг. 1-4), защищает от потерь тепла в окружающую среду и повышает механическую прочность конструкции солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева, в процессе изготовления может применяться любой теплосберегающий материал, например пеноплэкс или сэндвич панель, который имеет низкий коэффициент теплопроводности и повышенный срок службы.

Вертикальное расположение солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева позволит его двум рабочим поверхностям эффективно принимать не только прямые потоки солнечного излучения, но и отраженные и рассеянные, что делает данное изобретение более эффективным по сравнению с его аналогами.

Способ изготовления секционного радиатор-конвектора с концентраторами, например, такой как метод литья под давлением, позволяет увеличить поверхность контакта ребер с трубой в сравнении с методом сваривания, пайки или склеивания, тем самым повышает технические характеристики и позволяет технологично быстро и качественно изготавливать, а в дальнейшем и эксплуатировать данный вид солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева.

Реализация данного изобретения позволяет максимально эффективно использовать солнечную энергию, достигнуть многофункциональности концентратора солнечного излучения, снизить тепловые потери, при этом добиться компактности и технологичности изобретения.

Источники информации

1. Заявка №95114648 РФ, МПК F24 J/04. Тепловой коллектор с концентрацией солнечных лучей, стекло, концентрирующее солнечные лучи, и с вакуумной прослойкой, сибирский дом с отоплением от гелиоэнергетики / А.П. Вербицкий. - №95114648/06, заявл.: 28.08.1995, опубл. заявки: 20.11.1997 // БИПМ. - 1997. - №32.

2. Патент №2320938РФ, МПК F24J 2/06. Солнечный тепловой коллектор / Т.В. Щукина, Д.М. Чудинов (Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежский государственный архитектурно-строительный университет - ГОУ ВПО ВГАСУ). - №2006124160/06, заявл.: 05.07.2006, опубл.: 27.03.2008 // БИПМ. - 2008. - №9.

3. Патент №2269726 РФ, МПК F24J 2/06. Коллектор-приемник оптического излучения / Н.В. Ясаков. - №2004101203/28, заявл.: 14.01.2004, опубл.: 10.02.2006 // БИПМ. - 2006. - №4.

4. А.с. №1474391 СССР, МКИ F24J 2/10. Солнечный тепловой коллектор / Ж.С. Баймуханов, А.А. Ильиных, Е.П. Веселова, М.М. Жекишев. - №4110805/24-06, заявл.:27.08.1986, опубл.:23.04.1989 // БИ. - 1982. - №15.

Солнечный коллектор с концентратором для гелиоводоподогрева, содержащий корпус, имеющий прозрачное покрытие, размещенные в нем на одинаковом расстоянии друг от друга поглощающие каналы для прохода теплоносителя, и отражающую солнечное излучение поверхность, каналы имеют прямоугольное поперечное сечение, отличающийся тем, что корпус выполнен из теплоизоляционного материала, прозрачное покрытие выполнено с двух сторон солнечного коллектора с концентратором для гелиоводоподогрева в виде двухкамерного стеклопакета с нанесенным селективным покрытием, поглощающие каналы выполнены внутри жестко соединенных между собой радиатор-конвекторных секций, имеющих прямоугольное, а также круглое поперечное сечение для прохода теплоносителя, отражающая солнечное излучение поверхность выполнена многофункциональной в виде теплопоглощающих и теплоотводящих радиатор-конвекционных элементов, которые в совокупности образуют ряды концентраторов -образной формы, или -образной, или U-образной, или W-образной формы, технологически образованных на поверхности радиатор-конвекторной секции, активная часть поверхности которых покрыта селективным покрытием, между ребрами радиатор-конвекторных секций расположены емкости с фазопереходным веществом.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для нагрева воды при помощи солнца в системах отопления и горячего водоснабжения, как для бытовых потребителей, так и для сельскохозяйственных объектов.

Многофункциональный солнечный коллектор // 2538152

Изобретение относится к гелиотехнике и предназначено для преобразования солнечного излучения в тепловую и электрическую энергию. Оно может быть использовано для альтернативного энергообеспечения зданий и сооружений.

Тепловая панель // 2355954

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в солнечных коллекторах, а также в приборах отопления и охлаждения коммунально-бытового и промышленного назначения.

Солнечный коллектор // 2272969

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для нагрева воды в системах отопления и горячего водоснабжения в условиях возможного периодического снижения температуры наружного воздуха до отрицательных температур.

Солнечный модуль с концентратом // 2172903

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. .

Солнечный модуль с концентратором (варианты) // 2172451

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности - к солнечным энергетическим модулям с концентраторами для получения электрической энергии и теплоты. .

Солнечный тепловой коллектор // 2135908

Изобретение относится к солнечным тепловым коллекторам для нагрева теплоносителя. .

Способ изготовления селективной поверхностной структуры на изделиях для эффективного поглощения солнечного излучения // 2109229

Изобретение относится к технологии преобразования солнечной энергии в тепловую и может быть использовано при изготовлении гелиотермических преобразователей. .

Гелиотермический преобразователь // 2109225

Изобретение относится к области использования солнечной энергии для обеспечения энергетических нужд в быту и на производстве, а именно для обеспечения потребностей в тепловой энергии, и может быть использовано при изготовлении высокотемпературных гелиотермических установок.

Солнечный коллектор // 2032861

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть, в частности, использовано в солнечных коллекторах, закрепленных на горизонтальных и вертикальных стенках зданий, резервуараx с водой и пр.

Концентратор солнечного излучения (варианты) // 2519530

Изобретение применяется для производства электроэнергии путем концентрации солнечной радиации для последующего ее преобразования в электроэнергию. Концентратор солнечного излучения содержит полый корпус, по меньшей мере, часть которого выполнена прозрачной, фокусирующий элемент, например светоотражающую пленку 2, преобразователь 3 энергии, а также систему позиционирования фокусирующего элемента в зависимости от положения солнца.

Способ преобразования солнечной энергии // 2485416

Изобретение относится к способу преобразования солнечной энергии в химическую и аккумулирования ее в продуктах парогазовой конверсии углеводорода, в котором с использованием концентратора солнечной энергии проводят реакцию паровой каталитической конверсии метаносодержащего газа с получением продуктов реакции, содержащих водород и диоксид углерода.

Концентратор солнечного излучения (варианты) // 2482523

Изобретение относится к области гелиотехники к устройствам, предназначенным для приема и концентрации солнечного излучения. .

Аппарат, использующий солнечную энергию для подогрева и выработки электроэнергии // 2476782

Изобретение относится к солнечным установкам с функциями подогрева и выработки электроэнергии, включающим в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, приспособленный к приведению в действие механизмов, способных ориентировать себя к солнцу в течение дня таким образом, чтобы получать максимальное количество солнечной энергии для нагревания и аккумулирования жидкостей для различных применений и для выработки электрической энергии с высокими энергетическими КПД.

Способ концентрации солнечной энергии // 2442082

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к концентраторам солнечной энергии с высокой степенью концентрации, и может найти свое применение в получении высоких температур и передаче энергии на расстояние без преобразования ее в другие виды энергии.

Солнечная электростанция // 2431787

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую, в первую очередь, к конструкции солнечных электростанций с концентраторами.

Преобразователь солнечной энергии // 2380623

Изобретение относится к области использования природных источников энергии и может быть применено при изготовлении приемников солнечной энергии. .

Способ фокусировки волнового поля // 2366866

Изобретение относится к области оптики, в частности к способам и средствам преобразования волнового поля с обеспечением возможности его фокусировки. .

Концентратор солнечной энергии // 2361156

Солнечный тепловой коллектор // 2320938

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, и может быть использовано в теплоснабжении зданий и сооружений. .

Устройство коллектора света // 2627642

Изобретение относится к устройству коллектора света и, кроме того, к солнечному устройству, к теплице или осветительному блоку, содержащему такое устройство коллектора света. Изобретение имеет подобное листу устройство коллектора света, содержащее сторону приема света и сторону выхода света, а также множество криволинейных структур из световодного материала, содержащего органический краситель, выполненный с возможностью поглощения по меньшей мере части света источника света и преобразования по меньшей мере части поглощенного света в преобразованный свет видимого диапазона длин волн. Каждая криволинейная структура имеет выпуклую криволинейную часть на стороне приема света, вогнутую часть на стороне выхода света и краевую часть выхода света на стороне выхода света. Каждая криволинейная структура имеет кривизну и толщину световода, выполненную с возможностью облегчения передачи введенного света и видимого преобразованного света в направлении краевой части выхода света для обеспечения испускания света устройства из краевой части выхода света. Такое выполнение устройств позволит более динамично использовать входной свет и более эффективно направлять его, например, к растениям. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 36 ил.