RU2755860C1 - Solar collector - Google Patents

Abstract

FIELD: solar engineeringSUBSTANCE: invention relates to the field of solar engineering, namely to low-temperature solar collectors, and can be used in heating and air conditioning systems in premises. The solar collector contains a closed shell consisting of a round central surface and a side cylindrical surface connected to it, made of a transparent single-layer or multi-layer material, the base is made of a heat-insulating material, a metal sponge is located inside the closed shell, a pipe for removing hot coolant is located in the center of the round central surface. The heated coolant, such as air, is fed into a closed shell of the solar collector filled with a metal sponge. The sun rays, penetrating through the transparent central and side surfaces, are absorbed by a metal sponge made of thin metal threads, and heat the coolant (air) in the channels of the sponge. The heated coolant flows through channels in the metal sponge into a pipe located in the center and is then supplied to consumers.EFFECT: solar collector is characterized by simplicity of design, economy, has a greater absorption capacity of sunlight in a metal sponge, regardless of the position of the Sun, reduces energy consumption for pumps and material consumption.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гелиотехники, а именно к низкотемпературным солнечным коллекторам и может быть использовано в системах отопления и кондиционирования воздуха в помещениях.The invention relates to the field of solar technology, namely to low-temperature solar collectors and can be used in heating and air conditioning systems in rooms.

Известен солнечный воздухонагреватель (З.Ш. Дабрундашвили, Н.В. Меладзе, Т.А. Грдзелидзе, З.Ш. Бухрашвили "Солнечный воздухонагреватель", авторское свидетельство №937913, F24J 3/02, бюл. №23, 1982 г.) [1], который содержит вращающуюся тепловую трубу с тепловоспринимающей поверхностью и теплообменник. Воздухонагреватель дополнительно содержит конусообразные линзы, установленные радиально над тепловоспринимающей поверхностью и обращенные узкой частью к оси ее вращения, и неподвижную кольцевую емкость с тангенциальным патрубком, расположенную над теплообменником и соединенную с ним при помощи лабиринтного уплотнителя, причем тепловая труба и теплообменник имеет конусообразную форму, а последний снабжен центральным патрубком.Known solar air heater (Z.Sh. Dabrundashvili, N.V. Meladze, T.A. Grdzelidze, Z.Sh. Bukhrashvili "Solar air heater", copyright certificate No. 937913, F24J 3/02, bull. No. 23, 1982 ) [1], which contains a rotating heat pipe with a heat-absorbing surface and a heat exchanger. The air heater additionally contains conical lenses installed radially above the heat-sensing surface and facing the narrow part to the axis of its rotation, and a stationary annular container with a tangential pipe located above the heat exchanger and connected to it by means of a labyrinth seal, and the heat pipe and the heat exchanger have a conical shape, and the latter is equipped with a central pipe.

Недостатком этого изобретения является сложность конструкции, низкая экономичность и энергоэффективность из-за наличия тепловых труб, необходимости их вращения, конусных линз и теплообменников «посредников».The disadvantage of this invention is the complexity of the design, low efficiency and energy efficiency due to the presence of heat pipes, the need for their rotation, conical lenses and heat exchangers "intermediaries".

Известен солнечный коллектор (В.А. Смановских, Н.А. Смановских. «Солнечный коллектор», патент №2032861, F24J 2/22, F24J 2/26, Заявка 5048467/06, 18.06.1992 г.) [2], который включает неподвижную поглощающую пластину и находящуюся в тепловом контакте с ней емкость для теплоносителя. Рабочая поверхность поглощающей пластины выполнена в виде набора расположенных в шахматном порядке выступов и впадин, имеющих форму одинаковых правильных треугольных пирамид с углом между ребрами при вершине, равным 110 град.Known solar collector (V. A. Smanovskikh, N. A. Smanovskikh. "Solar collector", patent No. 2032861, F24J 2/22, F24J 2/26, Application 5048467/06, 18.06.1992) [2], which includes a stationary absorbing plate and in thermal contact with it a container for the heat carrier. The working surface of the absorbing plate is made in the form of a set of staggered protrusions and depressions having the shape of identical regular triangular pyramids with an angle between the ribs at the apex equal to 110 degrees.

Недостатком этого изобретения является то, что углы наклона к горизонту сторон гофр не позволяют получить высокий КПД коллектора из-за падения солнечных лучей по скользящей линии вдоль половины площади лучепоглощающей поверхности, и сложность изготовления такой поглощающей поверхности.The disadvantage of this invention is that the angles of inclination to the horizon of the sides of the corrugations do not allow to obtain a high efficiency of the collector due to the incidence of sunlight along a sliding line along half of the area of the radiation-absorbing surface, and the complexity of manufacturing such an absorbing surface.

Наиболее близкой по технической сущности является солнечный коллектор (А.С. Дьячишин, И.М. Язвина, А.В. Стадник. «Солнечный коллектор», патент №2393390, F24J 2/24, F24J 2/50, F24J 2/51, Заявка 2008149288/06, 16.12.2008 г) [3], содержащий замкнутую оболочку из прозрачного однослойного или многослойного материала шириной L, состоящую из центральной цилиндрической поверхности радиусом R, сопряженных с ней на ее крайних кромках двух боковых цилиндрических поверхностей радиусом r и плоскости касательной к двум боковым цилиндрическим поверхностям, две торцевые крышки, установленные на торцах оболочки, и размещенную в оболочке плоскую теплоприемную панель шириной Н и толщиной t с селективным поглощающим покрытием и с каналами для протекания жидкого теплоносителя, причем геометрические размеры оболочки и теплоприемной панели связаны следующими соотношениями: 5H≥R≥3H; l,5t≥r≥(√2/2)t; 1,1H≥L≥1,05H. Плоская теплоприемная панель установлена в плоскости, проходящей через две оси боковых цилиндрических поверхностей оболочки коллектора, а в области, примыкающей к боковой цилиндрической поверхности оболочки и ниже продольной кромки плоской теплоприемной панели, установлена по всей ее длине дополнительная теплоизоляция.The closest in technical essence is a solar collector (A.S.Dyachishin, I.M. Yazvina, A.V. Stadnik. "Solar collector", patent No. 2393390, F24J 2/24, F24J 2/50, F24J 2/51 , Application 2008149288/06, 16.12.2008 d) [3], containing a closed shell of a transparent single-layer or multilayer material of width L, consisting of a central cylindrical surface of radius R, conjugated with it on its extreme edges of two lateral cylindrical surfaces of radius r and a plane tangent to the two lateral cylindrical surfaces, two end caps mounted on the ends of the shell, and a flat heat-receiving panel of width H and thickness t placed in the shell with a selective absorbing coating and channels for the flow of a heat-transfer fluid, and the geometric dimensions of the shell and the heat-receiving panel are related by the following relations : 5H> R> 3H; l, 5t≥r≥ (√2 / 2) t; 1.1H≥L≥1.05H. The flat heat receiving panel is installed in a plane passing through the two axes of the lateral cylindrical surfaces of the collector shell, and in the area adjacent to the lateral cylindrical surface of the shell and below the longitudinal edge of the flat heat receiving panel, additional thermal insulation is installed along its entire length.

Недостатком известного солнечного коллектора является сложность конструкции, большие энергозатраты для осуществления циркуляции теплоносителя и низкий КПД, так как тепловой поток на дополнительные элементы от солнца меньше, чем на основную поверхность теплоприемной панели, и потери тепла через боковые цилиндрические поверхности.The disadvantage of the known solar collector is the complexity of the design, high energy consumption for circulating the coolant and low efficiency, since the heat flux to the additional elements from the sun is less than to the main surface of the heat receiving panel, and heat loss through the lateral cylindrical surfaces.

Задача изобретения - упрощение конструкции, повышение экономичности и эффективности поглощения солнечных лучей, снижение энергозатрат и материалоемкости.The objective of the invention is to simplify the design, increase the efficiency and efficiency of absorption of sunlight, reduce energy consumption and material consumption.

Сущность изобретения заключается в том, что солнечный коллектор, содержит замкнутую оболочку из прозрачного однослойного или многослойного материала состоящую из центральной поверхности, сопряженных с ней боковых поверхностей, отличающийся тем, что центральная поверхность представляет собой плоский круг, в центре которой расположена труба для отвода горячего теплоносителя, боковые стенки - прямой цилиндр из прозрачного материала, основание имеет теплоизоляцию и коллектор внутри полностью заполнен металлической губкой.The essence of the invention lies in the fact that the solar collector contains a closed shell of a transparent single-layer or multilayer material consisting of a central surface, mating side surfaces, characterized in that the central surface is a flat circle, in the center of which there is a pipe for removing hot coolant , the side walls are a straight cylinder made of transparent material, the base is thermally insulated and the collector inside is completely filled with a metal sponge.

На фиг. 1 показан солнечный коллектор, разрез; на фиг. 2 - то же, план; на фиг. 3 металлическая губка с трубой для отвода теплоносителя (аксонометрия).FIG. 1 shows a solar collector, section; in fig. 2 - the same, plan; in fig. 3 metal sponge with a pipe for removing the coolant (axonometry).

Солнечный коллектор (фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3) содержит замкнутую оболочку, состоящую из круглой центральной поверхности 1 и сопряженной с ней боковой цилиндрической поверхности 2 выполненных из прозрачного однослойного или многослойного материала, основание 3 выполнено из теплоизоляционного материала, внутри замкнутой оболочки расположена металлическая губка 4, в центре круглой центральной поверхности 1 расположена труба 5 для отвода горячего теплоносителя 6, например, воздуха, трубы 7 и 8 для подачи холодного и отвода горячего теплоносителя (воздуха), соответственно, вентиль 9 для регулирования подачи теплоносителя.The solar collector (Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 3) contains a closed shell consisting of a circular central surface 1 and an adjacent cylindrical lateral surface 2 made of a transparent single-layer or multilayer material, the base 3 is made of heat-insulating material, inside a closed the shell is a metal sponge 4, in the center of the circular central surface 1 there is a pipe 5 for removing the hot heat carrier 6, for example, air, pipes 7 and 8 for supplying cold and removing hot heat carrier (air), respectively, a valve 9 for regulating the supply of the heat carrier.

В качестве теплоносителя могут быть использованы и другие газы.Other gases can also be used as a heat carrier.

Коллектор работает следующим образом.The collector works as follows.

Нагреваемый теплоноситель, например, воздух подается через трубопровод 7 внутрь замкнутой оболочки солнечного коллектора, состоящего из круглой центральной поверхности 1 и сопряженного с ней боковой цилиндрической поверхности 2 выполненных из прозрачного однослойного или многослойного материала и заполненной металлической губкой 4. Солнечные лучи, проникая через прозрачные круглую центральную 1 и боковую цилиндрическую поверхности 2, поглощаются металлической губкой 4, выполненной из тонких металлических ниток, и нагревают теплоноситель (воздух) в каналах губки. Нагретый теплоноситель (воздух) 6 по каналам в металлической губке 4 со всех сторон поступает в трубу 5, расположенную в центре и далее подается по трубе 8 через вентиль 9 потребителю. Теплоноситель (воздух) циркулируется естественным путем из-за разности плотности теплоносителя при разных температурах. Нагретый теплоноситель (воздух) может подаваться и в бак-аккумулятор для энергоснабжения потребителя в периоды отсутствия солнечного излучения, при его наличии.The heated coolant, for example, air is supplied through the pipeline 7 inside the closed shell of the solar collector, consisting of a circular central surface 1 and an adjacent cylindrical lateral surface 2 made of a transparent single-layer or multilayer material and filled with a metal sponge 4. The sun's rays, penetrating through transparent round the central 1 and lateral cylindrical surfaces 2 are absorbed by a metal sponge 4 made of thin metal threads, and the coolant (air) is heated in the channels of the sponge. The heated coolant (air) 6 through channels in a metal sponge 4 from all sides enters the pipe 5 located in the center and then is fed through the pipe 8 through the valve 9 to the consumer. The coolant (air) circulates naturally due to the difference in the density of the coolant at different temperatures. The heated coolant (air) can also be supplied to the storage tank to supply power to the consumer during periods of absence of solar radiation, if any.

Солнечный коллектор отличается простотой конструкции, экономичностью, обладает большей поглотительной способностью солнечных лучей в металлической губке независимо от положения Солнца, снижает энергозатраты на насосы и материалоемкость.The solar collector is distinguished by its simplicity of design, economy, has a greater absorption capacity of sunlight in a metal sponge, regardless of the position of the Sun, and reduces energy consumption for pumps and material consumption.

Claims (1)

Солнечный коллектор, содержащий замкнутую оболочку из прозрачного однослойного или многослойного материала, состоящую из центральной поверхности, сопряженных с ней боковых поверхностей, отличающийся тем, что центральная поверхность представляет собой плоский круг, в центре которой расположена труба для отвода горячего теплоносителя, боковые стенки - прямой цилиндр - из прозрачного материала, основание имеет теплоизоляцию и коллектор внутри полностью заполнен металлической губкой.A solar collector containing a closed shell of a transparent single-layer or multilayer material, consisting of a central surface, side surfaces mated with it, characterized in that the central surface is a flat circle, in the center of which there is a pipe for removing the hot coolant, the side walls are a straight cylinder - made of transparent material, the base is thermally insulated and the collector inside is completely filled with a metal sponge.

Images