солнечный тепловой коллектор

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.

Описание изобретения к патенту

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.

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.