Абсорбер для солнечного коллектора: Опция Антипоисковик проверяет ваш браузер и IP-адрес 38.242.236.216 на спам

Содержание

Абсорбер солнечного коллектора

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих плоские солнечные коллекторы. Изобретение относится к конструкции абсорбера солнечного коллектора. Солнечный абсорбер содержит магистральные жидкостные трубы, концы которых соединены с коллекторными трубами, абсорбционный лист. Каждая жидкостная труба и абсорбционные листы выполнены из одного теплопроводящего материала. Каждая магистральная жидкостная труба выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики вдоль всей длины, высота профиля меньше 1/3 ширины торцевой части профиля. Внутри профиль разделен перегородками, причем на боковые бортики профиля уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы. Изобретение должно обеспечить высокую эффективность теплопередачи, снизить теплопотери в окружающую среду. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих плоские солнечные коллекторы, а именно относится к конструкции элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорберу солнечного коллектора).

Известен абсорбер солнечного коллектора (патент RU 112363 U, опубл. 10.01.2012), характеризующийся тем, что выполнен в виде соединенных друг с другом верхнего и нижнего листов и содержит, по меньшей мере, один патрубок для подвода теплоносителя, соединенный с желобом для подвода теплоносителя, и, по меньшей мере, один патрубок для отвода теплоносителя, соединенный с желобом для отвода теплоносителя, при этом нижний лист выполнен в виде плоской пластины с выполненными на ее двух противоположных концах отверстиями, под которыми с одного конца расположен желоб для подвода теплоносителя, а с другого — желоб для отвода теплоносителя, верхний лист выполнен гофрированным, каждая гофра которого образует канал для прохода теплоносителя.

Недостатком решения является необходимость изготовить специальную производственную линию для производства. Специальный монтажный стол, кондуктор с прижимами и прочую технологическую оснастку.

Также в данном устройстве присутствует высокая энергоёмкость при изготовлении, так как нужно сразу несколько стержней для точечной сварки.

Наиболее близким решением является солнечный абсорбер (патент RU 2197687, опубл. 27.01.2003), содержащий по меньшей мере одну жидкостную трубу, оба конца которой соединены с коллекторными трубами, по крайней мере одну теплоприемную панель и одну дополнительную панель, перекрывающую зазор между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели, отличающийся тем, что каждая жидкостная труба выполнена из теплопроводящего материала зацело с теплоприемной панелью, а каждая коллекторная труба снабжена плоской наклонной площадкой, выполненной зацело с коллекторной трубой из теплопроводящего материала по всей длине коллекторной трубы для крепления дополнительной панели.

Недостатками прототипа являются:

— высокая металлоёмкость всех суммарных элементов абсорбера и как следствие снижение эффективности нагрева (теплопередачи солнечного тепла теплоносителю солнечного коллектора) в осенне-весенний период, из за низкой солнечной инсоляции; при такой металлоёмкости, эффективно использовать для изготовления абсорбера серебро, для более высокой теплопередачи, но это очень дорого;

— сложность изготовления фасонных коллекторных труб и как следствие удорожание в их изготовлении;

— сложности в стыковке, подгонке и монтаже всех элементов абсорбера солнечного коллектора;

— увеличенный диаметр жидкостных труб и как следствие увеличение по времени теплопередачи жидкости-теплоносителю, так как их всего четыре, а в обычных плоских солнечных коллекторах используется от семи до девяти.

В целом недостатки известных и иных абсорберов заключаются в том, что к алюминиевому или медному листу с внутренней стороны приваривается или припаивается медная трубка по типу «лира» или «меандр» и солнечное тепло передаётся от листа абсорбера к трубке по одной тонкой линии в месте сварки или пайки и только потом, от трубки абсорбера, тепло передаётся теплоносителю. При такой компоновке, часть солнечного тепла передаётся (рассеивается) в окружающую среду. Это происходит через элементы корпуса коллектора, часть тепла передаётся воздушным путём, главным образом в воздушной полости, между стеклом корпуса коллектора и листом абсорбера, что существенно снижает теплопередачу теплоносителю.

Задачей изобретения является устранение недостатков, присущих известным решениям.

Техническим результатом являются: 

— более высокая эффективность в теплопередаче и снижение теплопотерь в окружающую среду;

— простота элементов конструкции и изготовления;

— повышение её надёжности;

— увеличение ёмкости коллектора для теплоносителя, без потери энергоэффективности и теплопроизводительности;

— низкая металлоёмкость элементов абсорбера.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен солнечный абсорбер, содержащий магистральные жидкостные трубы, концы которой соединены с коллекторными трубами, абсорбционный лист, причем каждая жидкостная труба и абсорбционные листы выполнены из одного теплопроводящего материала, отличающийся тем, что каждая магистральная жидкостная труба выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики вдоль всей длины, а высота профиля меньше 1/3 ширины торцевой части профиля, внутри профиль разделен перегородками, причем на боковые бортики профиля уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы.

Предпочтительно, все элементы конструкции изготовлены из алюминиевых сплавов и проварены аргонной сваркой таким образом, что образуют единую цельную конструкцию.

Предпочтительно, перегородки внутри профиля выполнены таким образом, что каждый канал профиля, образованный перегородками, с торца имеет форму овала или прямоугольника с закругленными краями.

Краткое описание чертежей

На Фиг.1 показаны составные элементы солнечного абсорбера.

На Фиг.2 показано устройство абсорбера (а — вид с торца в разрезе, б – вид края абсорбера с торца в разрезе, в – вид сверху).

На Фиг.3 показан пример выполнения профиля магистральной трубы.

Осуществление изобретения

Заявленное решение может быть реализовано посредством изготовления конструкции солнечного абсорбера. Абсорбер содержит магистральные жидкостные трубы 2. Их концы соединены с коллекторными трубами 1. Соединение может быть выполнено через отверстия 4 в магистральных трубах 2, которые изготавливают по форме профиля коллекторных труб 1.

Каждая жидкостная труба 1 и абсорбционные листы 3 выполнены из одного теплопроводящего материала.

Новизной является то, что каждая магистральная жидкостная труба 1 выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики 7 вдоль всей длины. Также высота профиля h меньше 1/3 ширины d торцевой части профиля. Внутри профиль разделен перегородками 5, причем на боковые бортики 7 профиля 1 уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы 3. Перегородки 5 внутри профиля могут быть выполнены таким образом, что каждый канал 6 профиля, образованный перегородками 5, с торца имеет форму овала или прямоугольника с закругленными краями.

Все элементы конструкции могут быть изготовлены из алюминиевых сплавов и проварены аргонной сваркой таким образом, что образуют единую цельную конструкцию.

Описанная конструкция обеспечивает низкую металлоёмкость и, соответственно, более высокую эффективность в теплопередаче, которая дает снижение теплопотерь в окружающую среду.

Простота элементов конструкции абсорбера достигается наличием всего 3 основных элементов, а для производства абсорбера достаточными условиями являются обычный слесарный верстак и монтажный стол.

Меньшее количество сварных швов в конструкции повышает её надёжность.

За счёт оптимально разработанного профиля коллекторной трубы 1, высота которой h меньше 1/3 ширины d торцевой части, а внутри профиль разделен перегородками 5, увеличивается ёмкость коллектора для теплоносителя, без потери эффективности теплопроизводительности. Это очень важно, так как при меньшем объёме теплоносителя в абсорбере солнечного коллектора вырастает разница в температуре между теплоносителем и окружающей средой, так называемая температурная дельта. Это приводит к тому, что часть тепла от абсорбера солнечного коллектора рассеивается в окружающую среду. В заявленной конструкции эта проблема решена.

За счет особой конструкции профиля коллекторной трубы 1 происходит достаточно быстрая теплопередача солнечного тепла к теплоносителю, непосредственно от металлической поверхности жидкостной трубы абсорбера к жидкости-теплоносителю. Перегородки 5 необходимы для того, чтобы увеличить теплопередачу жидкости-теплоносителю, сдерживать давление на верхние и нижние стенки профиля, а так же нагрузку на них как каркаса абсорбера, поскольку ширина d торцевой части трубы как минимум на 2/3 больше высоты самого профиля. Именно такие пропорции или еще большая ширина d позволяют достичь максимальной теплопередачи солнечного тепла от абсорбционных листов 3 через каналы 6 внутри коллекторной трубы 1 к теплоносителю, в сравнении с обычной круглой трубой.

Количество жидкостных коллекторных труб рассчитано так, что между двумя такими трубами 1 установлен один абсорбционный лист 3, причем установлен на бортики 7 профиля простой укладкой, с последующей пайкой или проваркой по всей длине коллекторной трубы. Это повышает степень надёжности абсорбера из-за малого количества соединений и как следствие достигается простота в изготовлении, по отношению к существующим аналогам.

Сам профиль коллекторной трубы 1 прост в изготовлении. Его можно выполнить заранее требуемой формы с уже выполненными внутри каналами 6, образованными перегородками 5.

Это существенно снижает затраты на изготовление изделия, затраты на расходные материалы и аргонную сварку, при условии, если вваривать по 4 трубки по отдельности, вместо одной. Один профиль в заявленном решении заменяет как минимум четыре трубки своими четырьмя каналами.

При таком техническом решении энергоэффективность абсорбера не снижается, так как солнечная инсоляция передаётся на всю поверхность плоскоовальной трубки, а не по одной тонкой линии, в месте сопряжения трубок и листа абсорбера, в традиционных абсорберах солнечных коллекторов.

Излучаемое солнечное тепло, сразу, непосредственно полностью, по всей поверхности каналов 6 передаётся жидкости теплоносителя, циркулирующей внутри каналов 6 коллекторной трубы 1. Дополнительное усиление теплопередачи происходит за счёт того, что между коллекторными трубами 1 уложены и проварены по всей длине (для лучшей теплопередачи) абсорбционные листы 3, которые также абсорбируют солнечное излучение и передают его на каналы 6 через стенки корпуса коллекторной трубы 1.

Таким образом, солнечная теплопередача происходит по всей поверхности коллекторной трубы 1 и передаётся непосредственно сразу к жидкости-теплоносителю, без промежуточных слоёв металла и воздуха. Усиление нагрева жидкости-теплоносителя обеспечивается за счёт абсорбционных листов 3. Конструкция абсорбера, представляет собой единую сварную конструкцию из отдельно изготовленных элементов.

1. Солнечный абсорбер, содержащий магистральные жидкостные трубы, концы которых соединены с коллекторными трубами, абсорбционный лист, причем каждая жидкостная труба и абсорбционные листы выполнены из одного теплопроводящего материала, отличающийся тем, что каждая магистральная жидкостная труба выполнена в виде профиля, имеющего боковые бортики вдоль всей длины, а высота профиля меньше 1/3 ширины торцевой части профиля, внутри профиль разделен перегородками, причем на боковые бортики профиля уложены и приварены сварным соединением по всей длине абсорбционные листы.

2. Солнечный абсорбер по п.1, отличающийся тем, что все элементы конструкции изготовлены из алюминиевых сплавов и проварены аргонной сваркой таким образом, что образуют единую цельную конструкцию.

3. Солнечный абсорбер по п.1 или 2, отличающийся тем, что перегородки внутри профиля выполнены таким образом, что каждый канал профиля, образованный перегородками, с торца имеет форму овала или прямоугольника с закругленными краями.

Абсорбер гелиосистемы плоского солнечного коллектора для системы отопления дома

Полезная модель относится к гелиотехнике и может быть использована в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих плоские солнечные коллекторы, а именно, полезная модель относится к конструкции элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорберу солнечного коллектора). Техническим результатом патентуемого абсорбера является исключение термической блокировки абсорбера при высоких рабочих температурах, выше 100°C, увеличение объема циркулирующего теплоносителя, обеспечение плавного нагрева теплоносителя, что приведет к стабильности КПД, бесперебойность работы абсорбера, а следовательно, повышение КПД. Заявленный технический результат достигается за счет патентуемой конструкции абсорбера солнечного коллектора, выполненного в виде соединенных друг с другом верхнего и нижнего листов и содержит, по меньшей мере, один патрубок для подвода теплоносителя, соединенный с желобом для подвода теплоносителя и, по меньшей мере, один патрубок для отвода теплоносителя, соединенный с желобом для отвода теплоносителя, при этом нижний лист выполнен в виде плоской пластины с выполненными на ее двух противоположных концах отверстиями, под которыми с одного конца расположен желоб для подвода теплоносителя, а с другого — желоб для отвода теплоносителя, верхний лист выполнен гофрированным, каждая гофра которого образует канал для прохода теплоносителя.

Плоские солнечные коллекторы используются для нагрева воды для бытовых нужд, подогрева воды в бассейне или поддержания низкотемпературного отопления в доме. При благоприятных условиях коллекторы позволяют использовать солнечную энергию даже осенью и зимой.

Некоторые модели плоских солнечных коллекторов могут встраиваться в крышу дома, создавая единую конструкцию с кровельным покрытием.

В настоящее время из уровня техники известны различные виды конструкций абсорберов, используемых в солнечных коллекторах.

Так, из описания к патенту РФ 95809 (опубликован 10.07.2010) известен теплообменник, который включает абсорбер с пластинообразной поглощающей поверхностью, образованный герметично скрепленными между собой тыльной поверхностью абсорбера и ограждающими элементами, два средства ввода-вывода теплоносителя в полость, образованную между абсорбером и ограждающими внутреннюю полость элементами, причем одна из поверхностей, ограждающих внутреннюю полость элементов, обладает свойством повышенного поглощения солнечной энергии, а ограждающие элементы снабжены поперечными скреплениями.

Кроме этого, из патента РФ 2197687 (опубликован 27.01.2003) солнечный абсорбер, который содержит не менее одной жидкостной трубы, оба конца которой соединены с коллекторными трубами, по крайней мере одну теплоприемную панель и одну дополнительную панель, перекрывающую зазор между коллекторной трубой и торцом панели.

Недостатком данного абсорбера являются снижение КПД за счет теплопередачи металл-металл-теплоноситель (от металлической поверхности абсорбера металлическим трубам и от металлических труб теплоносителю), повышенная материалоемкость конструкции, малый, вмещаемый в абсорбер, объем теплоносителя (1,5-2,4 л).

Кроме этого, при высоких температурах из-за низкой скорости теплообмена возможна термическая блокировка циркуляции теплоносителя, что также приводит к снижению КПД абсорбера.

Наиболее близким аналогом к проверяемому решению является абсорбер солнечного коллектора, известный из заявки США 2010/0147289 (опубликована 17.06.2010), который содержит две скрепленные алюминиевые пластины с образованием между ними полости для циркуляции воды, по меньшей мере, один входной патрубок и один выходной патрубок для теплоносителя (воды).

Недостатками известного абсорбера является низкая скорость нагрева в зимний период времени, за счет большого объема теплоносителя находящегося в абсорбере, а, следовательно, понижение КПД нагрева, а также неравномерность нагрева.

В известных абсорберах солнечных коллекторов тепло переходит от металла абсорбера к металлу трубки и только после этого к теплоносителю и при этом по одной линии контакта трубки с абсорбером. При такой теплопередаче много тепла рассеивается в атмосферу и КПД, соответсвенно, понижается.

Техническим результатом патентуемого абсорбера является исключение термической блокировки абсорбера при высоких рабочих температурах, выше 100°C, увеличение объема циркулирующего теплоносителя, обеспечение плавного нагрева теплоносителя, что приведет к стабильности КПД, бесперебойность работы абсорбера, а следовательно, повышение КПД.

Патентуемая конструкция, по сравнению с конструкцией вакуумных коллекторов, позволяет добиться высоких эксплуатационных качеств за счет защищенности от внешних воздействий (атмосферные осадки, перепады температур). Как показывает практика, выпавшие осадки (град и снег) часто приводят к поломке вакуумных трубок.

Исключение вакуума в патентуемой конструкции приведет к упрощению сервисного обслуживания и повышению КПД, поскольку нет необходимости периодически проверять их на вакуум и проверять плотность прилегания трубок к корпусу.

Кроме этого, защитное стекло коллектора имеет самоочищающееся покрытие, что позволит не очищать стекло от пыли и грязи.

Как показали испытания, скорость отвода тепла от абсорбера патентуемой конструкции выше на 15-25% по сравнению с конструкцией плоского абсорбера.

Заявленный технический результат достигается за счет патентуемой конструкции абсорбера солнечного коллектора, выполненного в виде соединенных друг с другом верхнего и нижнего листов и содержит, по меньшей мере, один патрубок для подвода теплоносителя, соединенный с желобом для подвода теплоносителя и, по меньшей мере, один патрубок для отвода теплоносителя, соединенный с желобом для отвода теплоносителя, при этом нижний лист выполнен в виде плоской пластины с выполненными на ее двух противоположных концах отверстиями, под которыми с одного конца расположен желоб для подвода теплоносителя, а с другого — желоб для отвода теплоносителя, верхний лист выполнен гофрированным, каждая гофра которого образует канал для прохода теплоносителя.

В предложенной конструкции абсорбера нагрев теплоносителя происходит равномерно, так как абсорбер коллектора полностью попадает под солнечные лучи, при этом скорость нагрева одинаковая, так как солнечное тепло переходит от металла к жидкости, даже при условии большого объема теплоносителя в абсорбере.

Абсорбер соединяется через патрубок отвода теплоносителя с баком-накопителем, содержащим теплообменник.

За счет непосредственной передачи солнечного тепла от металлического верхнего листа к циркулирующей в каналах абсорбера жидкости и за счет ее большего объема, по отношению к другим плоским солнечным коллекторам, исключается термическая блокировка коллектора при высоких рабочих температурах.

Термическая блокировка в абсорбере известной конструкции, состоящего из листа и закрепленных на нем трубок (с объемом теплоносителя в трубках абсорбера 1,5-1,7 литров) происходит из-за того, что абсорбер нагревается быстрее, чем происходит теплообмен в теплообменнике бака-накопителя, даже при максимальных оборотах циркуляционного насоса. При высокой атмосферной температуре в южных регионах это может привести к термической блокировке циркуляционной жидкости. Циркуляционная жидкость-антифриз может нагреться до 160°С.Температура кипения антифриза 125°C.

Абсорбер патентуемой конструкции, изготовленный из двух скрепленных между собой листов алюминия, один из которых выполнен гофрированным и имеющем каналы для циркуляции теплоносителя в объеме 4,2-5,0 литров, нагревается медленнее, чем происходит теплообмен в теплообменнике бака-накопителя, и поэтому термическая блокировка жидкости теплоносителя практически исключается, за счет этого КПД нагрева стабильно.

Дополнительное оборудование абсорбера термодатчиком, соединенным с электронным блоком управления, связанным с циркуляционным насосом и выполненным с возможностью его управления, позволит регулировать, скорость циркуляции насоса через электронный блок управления, оптимальный процесс теплообмена.

При нагреве абсорбера солнечного коллектора выше температуры воды в баке-накопителе (нагретую воду из бака-накопителя можно использовать для бытовых нужд), термодатчик, представляющий из себя термопару, закрепленный на одном из коллекторов, подает команду на электронный блок управления системой нагрева воды, о включении циркуляционного насоса. Интенсивность работы насоса зависит от степени нагрева абсорбера коллектора. Процесс контролируется термодатчиком и электронным блоком управления. Когда включается в работу циркуляционный насос, начинается циркуляция теплоносителя по системе и происходит теплообмен через змеевик в баке накопителе (бойлере).

Количество коллекторов и объем бака накопителя рассчитывается таким образом, чтобы за световой летний солнечный день можно было нагреть воду примерно до 65-70°C, при этом учитывается среднесуточное потребление горячей воды.

Таким образом, теплоносиситель в абсорбере за счет большего объема, по отношению к другим коллекторам, не успевает нагреться до температуры 125°C (температура кипения теплоносителя) даже в режиме стагнации, который наступает, когда вода в баке-накопителе нагрета до заданной температуры и циркуляция теплоносителя при этом прекращается. Если нет суточного водоразбора (к примеру уехали летом в отпуск, а система работает) в электронном блоке может быть предусмотрена функция ночного охлаждения воды в баке накопителе через коллекторы, то есть система ночью будет работать в обратную сторону. Происходит частичное охлаждение нагретой воды в баке накопителе через коллекторы, а тепло от коллекторов рассеивается в атмосферу.

За счет выполнения каналов в виде гофр верхнего листа приводит к возможности увеличения объема теплоносителя в абсорбере. При сохранении его размеров, площади абсорбера 2 м² в нем может помещаться 4,8-5 л теплоносителя.

Увеличение объема теплоносителя и непосредственный переход солнечного тепла от металла абсорбера к жидкости теплоносителя приведет, в свою очередь, к плавности нагрева.

Плавность нагрева происходит за счет непосредственного перехода солнечного тепла от металла абсорбера к жидкости теплоносителя и за счет объема теплоносителя в количестве 4,8-5 литров.

Кроме этого, за счет выполнения каналов, в которых теплоноситель будет равномерно нагреваться, увеличивается удельный энергосъем с 1 м² абсорбера в 2-3 раза по сравнению с другими плоскими солнечными коллекторами.

Как показали проведенные исследования, для эффективной работы патентуемого абсорбера, количество каналов предпочтительно должно быть выбрано равным от 38 до 40.

Поперечное сечение гофр верхнего листа может быть выполнено в виде равнобедренных треугольников. Это позволит обеспечить пространственную жесткость абсорбера и понизить обратное отражение солнечных лучей от поверхности абсорбера.

При этом верхний лист может быть соединен с нижним посредством роликовой или контактной сварки.

Диаметр отверстий, выполненных в нижнем листе составляет 15 мм.

Выбор такого диаметра обусловлен одинаковой площадью с поперечным сечением каналов в виде равнобедренных треугольников, верхнего гофрированного листа абсорбера для равномерной циркуляции теплоносителя.

Желоба расположены перпендикулярно относительно направления гофр верхнего листа и сообщены с каналами посредством отверстий, выполненный на концах нижнего листа.

В частности, верхний и нижний листы могут быть выполнены из алюминиевого сплава.

Далее решение поясняется ссылками на фигуры, на которых приведено следующее.

На фигуре 1 — общий вид двух параллельно расположенных абсорберов солнечного коллектора;

На фигуре 2 — вид А-А фигуры 1.

Каждый из абсорберов состоит из верхнего гофрированного листа 1, нижнего листа 2 в виде пластины, на двух противоположных концах которых выполнены отверстия 3 для подвода теплоносителя и 4 — для отвода теплоносителя. Гофры верхнего листа 1 и поверхность нижнего листа 2 образуют каналы 5. Под отверстиями 3 нижнего листа 2, расположенными на одном конце, закреплен желоб 6 для подвода теплоносителя, а под отверстиями 4, расположенными на противоположном конце листа, закреплен желоб 7 для отвода нагретого теплоносителя. Желоб 6 соединен с патрубком 8 для подвода теплоносителя, а желоб 7, соответственно, — с патрубком 9 для отвода теплоносителя. Между патрубками 8, 9 и желобами 6, 7 может стоять заглушка 10, предназначенная для отключения абсорбера.

Абсорбер вставляется в корпус солнечного коллектора (не показан), который может быть выполнен любой известной конструкции из любого подходящего материала.

Обычно корпус изготавливают из алюминиевых профилей, далее закрепляют днище, которое обычно изготавливают из листового алюминия. На днище укладывают утеплитель (например, минеральную вату), размещают абсорбер, который после монтажа опирается вершинами гофр на боковые планки корпуса коллектора. Сверху корпус коллектора закрывают градостойким закаленным стеклом толщиной 4 мм. Стекло монтируется на герметик. Абсорбер изготавливается из алюминиевых листов, которые свариваются между собой роликовой и/или аргонной сваркой. Нижний лист — ровный (прокат) с отверстиями по 15 мм в двух противоположных концах. При этом количество отверстий предпочтительно должно соответствовать количеств гофр (каналов) верхнего листа. Поперечное сечение гофры может представлять равнобедренный треугольник с основанием 20 мм и высотой 5 мм, шаг между гофрами составляет 5 мм. Верхний лист накладывается на нижний и проваривается роликовой сваркой. На нижний лист абсорбера, со стороны отверстий, приваривается магистральные желобы, так же роликовой сваркой. В торцы желобов аргонной сваркой, ввариваются алюминиевые патрубки для последующего магистрального соединения коллекторов между собой и подсоединения магистральных трубопроводов.

В качестве теплоносителя возможно использовать любой известный теплоноситель, в частности, воду питьевую, воду дистиллированную, воду для хозяйственно-питьевого обеспечения судов или низкозамерзающие жидкости ОЖ-65, ОЖ-40 с содержанием взвешенных веществ не более 5 мг/л.

Абсорбер работает следующим образом.

Теплоноситель входит в патрубок 8 для подвода теплоносителя, проходит по желобу 6 и распределяется по каналам 5, нагревается солнечной энергией, поступающей через стекло солнечного коллектора и нагревающей верхний гофрированный лист 1, затем через патрубок отвода 4 отводится нагретый теплоноситель, который может затем применяться как в термосифонных системах с естественной циркуляцией теплоносителя первого (коллекторного) контура, так и в системах с принудительной (насосной) циркуляцией теплоносителя

Далее работа абсорбера солнечного коллектора рассмотрена на примере одноконтурной термосифонной системы солнечного горячего водоснабжения.

Абсорбер солнечного коллектора, бак-аккумулятор и соединительные трубопроводы системы заполняются холодной водой. Солнечное излучение, проходя через прозрачное покрытие (остекление) солнечного коллектора нагревает воду в каналах абсорбера. При нагреве плотность воды уменьшается и нагретая вода начинает перемещаться в верхнюю точку абсорбера и далее через патрубок для отвода — в бак-аккумулятор. В баке нагретая вода перемещается в верхнюю часть бака, а более холодная вода размещается в нижней части бака, т.е. наблюдается расслоение воды в зависимости от температуры. Более холодная вода из нижней части бака по трубопроводу через патрубок для подвода теплоносителя поступает в нижнюю часть абсорбера солнечного коллектора. Таким образом, при наличии достаточной солнечной радиации, в коллекторном контуре устанавливается постоянная циркуляция, скорость и интенсивность которой зависят от плотности потока солнечного излучения. Постепенно, в течение светового дня, происходит полный прогрев всего бака, при этом отбор воды для использования должен производиться из наиболее горячих слоев воды, располагающихся в верхней части бака. Обычно это делается подачей холодной воды в бак снизу под давлением, которая вытесняет нагретую воду из бака.

Патентуемый абсорбер солнечного коллектора предназначен для эффективного обеспечения зданий и сооружений горячим водоснабжением и отоплением, а также может использоваться для подогрева воды в бассейнах. Кроме этого солнечный коллектор с патентуемым абсорбером возможно будет использовать в комплексе с тепловыми насосами.

1. Абсорбер солнечного коллектора, характеризующийся тем, что выполнен в виде соединенных друг с другом верхнего и нижнего листов и содержит, по меньшей мере, один патрубок для подвода теплоносителя, соединенный с желобом для подвода теплоносителя, и, по меньшей мере, один патрубок для отвода теплоносителя, соединенный с желобом для отвода теплоносителя, при этом нижний лист выполнен в виде плоской пластины с выполненными на ее двух противоположных концах отверстиями, под которыми с одного конца расположен желоб для подвода теплоносителя, а с другого — желоб для отвода теплоносителя, верхний лист выполнен гофрированным, каждая гофра которого образует канал для прохода теплоносителя.

2. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что листы выполнены из алюминиевого сплава.

3. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что поперечное сечение гофр верхнего листа выполнено в виде равнобедренных треугольников.

4. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что верхний лист соединен с нижним посредством роликовой сварки.

5. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что верхний лист соединен с нижним посредством аргонной сварки.

6. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что диаметр отверстий нижнего листа составляет 15 мм.

7. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что желоба расположены перпендикулярно относительно направления гофр верхнего листа.

8. Абсорбер по п.1, характеризующийся тем, что соединен с баком-накопителем, содержащим теплообменник.

9. Абсорбер по п.8, характеризующийся тем, что дополнительного снабжен термодатчиком, соединенным с электронным блоком управления, связанным с циркуляционным насосом и выполненным с возможностью его управления.

10. Абсорбер по п.9, характеризующийся тем, что термодатчик представляет собой термопару.

Солнечный тепловой коллектор | Определение, типы и как это может помочь вам сэкономить

Солнечный тепловой коллектор: обзор

Солнечный тепловой коллектор накапливает солнечное излучение в виде тепла. Тепло может быть использовано для горячего водоснабжения, отопления или охлаждения помещений.

Солнечные тепловые коллекторы классифицируются Управлением энергетической информации США (EIA) в соответствии с методом, используемым для передачи солнечной энергии рабочему телу.

Солнечные тепловые коллекторы бывают двух типов:

– те, которые используют солнечное излучение для непосредственного нагрева жидкости, и

– те, которые концентрируют солнечное излучение для получения высоких температур.

Солнечный тепловой коллектор: компоненты

Солнечный тепловой коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение, жидкого теплоносителя (HTF) и изолированного корпуса.

Элемент, поглощающий солнечное излучение, обычно представляет собой пластину или трубку темного цвета. HTF представляет собой жидкость, которая передает тепло от абсорбера к резервуару-накопителю или теплообменнику.

Элемент, поглощающий солнечное излучение, и HTF заключены в изолированный корпус. Корпус может быть застеклен, чтобы пропустить солнечное излучение, но свести к минимуму потери тепла.

Солнечные коллекторы: Типы

Существуют различные типы солнечных коллекторов:

Плоские солнечные коллекторы

Это наиболее распространенный тип солнечных коллекторов. Они используются в солнечных системах горячего водоснабжения. Они состоят из плоской поглощающей пластины, обычно покрытой черным или селективным покрытием, смонтированной в изолированной раме.

Одна или несколько прозрачных крышек накрывают пластину поглотителя для снижения потерь тепла. Жидкий теплоноситель (HTF) циркулирует через пластину поглотителя для сбора солнечного тепла.

Концентрирующие солнечные коллекторы

В концентрирующих солнечных коллекторах используются зеркала или линзы для концентрации солнечного излучения на небольшой поглощающей поверхности.

Используются на солнечных электростанциях для выработки электроэнергии.

Концентрированное солнечное излучение нагревает жидкость или солнечный приемник, который производит пар для привода турбины, вырабатывающей электричество.

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками

Солнечные коллекторы с вакуумными трубками представляют собой тип солнечного теплового коллектора, который состоит из ряда параллельных теплопроводных трубок.

Трубки расположены в изолированном корпусе. Пространство между внешней трубой и внутренней трубой откачивается (т.е. удаляется воздух). Солнечное излучение входит в трубку и попадает на внутреннюю трубку. Солнечное излучение поглощается внутренней трубой и передает тепло теплоносителю.

Параболические солнечные коллекторы

Параболические солнечные коллекторы — это тип солнечного теплового коллектора, в котором используются зеркала для концентрации солнечного излучения на поглотителе.

Солнечное излучение поглощается поглотителем и передает тепло теплоносителю.

Параболические солнечные коллекторы используются на солнечных электростанциях для выработки электроэнергии.

Солнечный коллектор или солнечная панель

Солнечные коллекторы иногда путают с солнечными панелями. Они обычно используются взаимозаменяемо в области энергетики.

Солнечный коллектор — это общий термин, включающий солнечные панели и другие типы солнечных коллекторов. Солнечная панель относится к определенному типу солнечного коллектора.

Основное различие между солнечными коллекторами и солнечными панелями заключается в том, что солнечный коллектор поглощает солнечную энергию, а солнечная панель преобразует ее в электричество.

Солнечный тепловой коллектор: Использование

Солнечная тепловая энергия является возобновляемым и устойчивым ресурсом, который можно использовать для удовлетворения различных потребностей в энергии.

Солнечные тепловые коллекторы могут использоваться для различных целей, в том числе:

– Горячее водоснабжение: Солнечная тепловая энергия может использоваться для нагрева воды для бытовых нужд. Это можно сделать с помощью солнечного водонагревателя.

– Отопление помещений: Солнечные тепловые коллекторы могут использоваться для нагрева воздуха или жидкости для обогрева помещений. Это можно сделать с помощью солнечного нагревателя воздуха или системы солнечного лучистого пола.

– Охлаждение: Солнечная тепловая энергия также может использоваться для охлаждения. Это можно сделать с помощью солнечной системы охлаждения.

Солнечный тепловой коллектор: факторы, влияющие на производительность

Существует ряд факторов, которые могут повлиять на производительность солнечных тепловых коллекторов. К ним относятся:

Интенсивность солнечного излучения: Количество солнечного излучения, попадающего на солнечный коллектор, является основным фактором, влияющим на его работу. Интенсивность солнечного излучения измеряется в солнечной инсоляции. Чем выше солнечная инсоляция, тем больше солнечного излучения может быть поглощено солнечным коллектором.

Угол падения солнечного излучения: Угол, под которым солнечное излучение падает на солнечный коллектор, оказывает влияние.

Ориентация коллектора: Наиболее распространенная ориентация солнечных коллекторов — горизонтальная и обращенная на юг.

Угол наклона коллектора: Наиболее распространенные углы наклона солнечного коллектора: 0° (по горизонтали), 15°, 30°, 45° и 60°.

Температура окружающей среды: Температура окружающей среды также имеет последствия.

Скорость ветра: Скорость ветра, при которой работает солнечный коллектор, является еще одним фактором.

Практический результат

Солнечные тепловые коллекторы — это тип технологии солнечной энергии, которая используется для сбора солнечного излучения и преобразования его в солнечное тепло.

Существуют различные типы солнечных тепловых коллекторов, в том числе плоские солнечные коллекторы, концентрирующие солнечные коллекторы, солнечные коллекторы с вакуумными трубками и параболические солнечные коллекторы.

Солнечные тепловые коллекторы могут использоваться для горячего водоснабжения, отопления и охлаждения помещений. Солнечная тепловая энергия является возобновляемым и устойчивым ресурсом, который можно использовать для удовлетворения различных энергетических потребностей.

Часто задаваемые вопросы

1. Как работают солнечные коллекторы?

Солнечные тепловые коллекторы работают, поглощая солнечное излучение и преобразовывая его в солнечное тепло. Солнечное излучение поглощается поглотителем и передает тепло теплоносителю. Затем HTF циркулирует через коллектор для передачи солнечного тепла в накопительный бак или теплообменник.

2. Влияют ли солнечные тепловые коллекторы на окружающую среду?

Нет, солнечные тепловые коллекторы не влияют на окружающую среду. Солнечная тепловая энергия является возобновляемым и устойчивым ресурсом, который можно использовать для удовлетворения различных энергетических потребностей.

3. Какой тип солнечного теплового коллектора является наиболее распространенным?

Наиболее распространенным типом солнечного теплового коллектора являются плоские солнечные коллекторы, поскольку они являются наиболее эффективным типом солнечного теплового коллектора.

4. Дороги ли солнечные коллекторы?

Солнечные тепловые коллекторы могут различаться по стоимости. Самыми дорогими солнечными коллекторами являются плоские солнечные коллекторы. Его цена колеблется от 400 до 2500 долларов. Самыми дешевыми солнечными тепловыми коллекторами являются параболические солнечные коллекторы. Его цена колеблется от 200 до 500 долларов.

5. Могу ли я использовать солнечный тепловой коллектор дома?

Да, солнечные тепловые коллекторы можно использовать дома для горячего водоснабжения, отопления и охлаждения помещений.

Плоский коллектор для использования в солнечных системах горячего водоснабжения

Плоский солнечный коллектор для солнечного горячего водоснабжения

Плоский коллектор представляет собой теплообменник, который преобразует лучистую солнечную энергию солнца в тепловую энергию с использованием хорошо известного парниковый эффект. Он собирает или улавливает солнечную энергию и использует эту энергию для нагрева воды в доме для купания, стирки и обогрева, и даже может использоваться для нагревания открытых бассейнов и джакузи.

Для большинства бытовых и небольших коммерческих систем горячего водоснабжения плоский солнечный коллектор имеет тенденцию быть более рентабельным из-за его простой конструкции, низкой стоимости и относительно простой установки по сравнению с другими формами систем водяного отопления. Кроме того, солнечные плоские коллекторы более чем способны обеспечить необходимое количество горячей воды требуемой температуры.

Плоский солнечный коллектор на крыше

Плоский солнечный коллектор обычно состоит из большой пластины, поглощающей тепло, как правило, из большого листа меди или алюминия, так как они оба являются хорошими проводниками тепла, окрашенного или подвергнутого химическому травлению в черный цвет для поглощения как можно больше солнечной радиации для максимальной эффективности.

Эта зачерненная теплопоглощающая поверхность имеет несколько параллельных медных труб или трубок, называемых стояками, которые проходят вдоль пластины и содержат теплоноситель, обычно воду.

Эти медные трубы приклеиваются, припаиваются или припаиваются непосредственно к пластине абсорбера для обеспечения максимального контакта с поверхностью и теплопередачи. Солнечный свет нагревает поглощающую поверхность, температура которой увеличивается. По мере того, как пластина нагревается, это тепло передается по стоякам и поглощается жидкостью, протекающей внутри медных труб, которая затем используется в домашнем хозяйстве.

Трубы и поглощающая пластина заключены в изолированный металлический или деревянный ящик с листом остекления, стеклом или пластиком на передней части для защиты закрытой поглощающей пластины и создания изолирующего воздушного пространства. Этот материал для остекления не поглощает солнечную тепловую энергию в значительной степени, и поэтому большая часть поступающего излучения воспринимается зачерненным поглотителем.

Воздушный зазор между листом и материалом остекления задерживает это тепло, предотвращая его выход обратно в атмосферу. Когда пластина поглотителя нагревается, она передает тепло жидкости внутри коллектора, но также отдает тепло окружающей среде. Чтобы свести к минимуму эту потерю тепла, дно и боковые стороны плоского коллектора изолированы высокотемпературной жесткой пеной или изоляцией из алюминиевой фольги, как показано на рисунке.

Типовой плоский коллектор

Плоские коллекторы могут нагревать жидкость внутри под прямым или непрямым солнечным светом под разными углами. Они также работают при рассеянном свете, который преобладает в пасмурные дни, поскольку поглощается окружающее тепло, а не свет, в отличие от фотогальванических элементов. Насколько горячая циркулирующая вода будет зависеть в основном от времени года, чистоты неба и того, насколько медленно вода течет по коллекторным трубам.

Солнечные тепловые системы прямого и косвенного нагрева

Существует несколько различных способов нагрева воды для использования в домашних условиях. Солнечные водонагревательные системы, в которых используются плоские солнечные коллекторы для улавливания солнечной энергии, могут быть классифицированы как прямые или непрямые системы в зависимости от того, как они передают тепло вокруг системы. Чтобы успешно нагревать воду и использовать ее как днем, так и ночью, вам потребуется как солнечный коллектор для захвата тепла и передачи его воде, так и резервуар для горячей воды для хранения этой горячей воды для использования. по мере необходимости.

Прямая солнечная тепловая система

Прямая солнечная система нагрева воды, также известная как активная система с открытым контуром, использует насос для циркуляции воды по системе. Более холодная вода перекачивается прямо из дома в центральное водохранилище или погружной резервуар и проходит через солнечный коллектор для нагрева. Горячая вода выходит из плоского коллектора и возвращается обратно в бак по непрерывному контуру. Оттуда вода закачивается обратно в дом в виде горячей воды.

Можно использовать низковольтный 12-вольтовый насос, который может питаться от небольшого фотогальванического элемента или электронного контроллера, что делает систему более экологичной. Прямые системы обычно используются в более теплом климате с небольшим количеством холодных дней или сливаются зимой, чтобы вода в трубах не замерзала. Химические вещества нельзя добавлять в воду для защиты, так как та же самая вода, которая циркулирует через плоский коллектор, используется в домашних условиях.

В пассивной системе прямого горячего водоснабжения система не использует насосы или механизмы управления для передачи созданного тепла в накопительный бак. Вместо этого пассивные системы — это так называемые «системы с открытым контуром», которые используют естественную силу гравитации, чтобы помочь циркулировать воде по системе. В системе этого типа используется плоский солнечный коллектор в сочетании с каким-либо горизонтально установленным накопительным баком, расположенным непосредственно над коллектором.

Нагретая солнцем вода поднимается естественным образом за счет конвекции по трубам солнечных коллекторов и поступает в расположенный выше накопительный бак. Когда нагретая вода поступает в резервуар для хранения наверху, более холодная вода вытесняется и стекает на дно коллекторов под действием силы тяжести, поскольку холодная вода более плотная, чем горячая. Этот цикл подъема горячей воды и опускания более холодной воды известен как «термосифонный поток» и постоянно повторяется без посторонней помощи, пока светит солнце.

Термосифонная система горячего водоснабжения

Термосифонная система является наиболее распространенным типом системы горячего водоснабжения с солнечным нагревом на рынке, и в большинстве имеющихся на рынке пассивных систем горячего водоснабжения с прямым солнечным нагревом используется этот тип комбинации плоского пластинчатого коллектора, устанавливаемого на крыше, и накопительного бака.

Однако при установке такой системы следует соблюдать осторожность, так как общий вес солнечного коллектора, накопительного бака и самой воды может быть слишком большим для конструкции несущей крыши.

Когда пассивные солнечные системы горячего водоснабжения используются для больших зданий, чем дома, предприятия или офисы, часто имеется более одного резервуара для хранения нагретой воды.

Так называемая выносная термосифонная система работает по тому же принципу, что и предыдущая пассивная прямая термосифонная система, за исключением того, что накопительный бак расположен далеко в пространстве под крышей или в пустоте, рассеивая вес на большей площади, а также защищая накопительный бак от холода. и температуры. Однако для того, чтобы процесс термосифонирования работал правильно, основание резервуара для хранения воды должно располагаться как минимум на 1–2 фута (300–500 мм) выше верхней части плоских коллекторов. Это расстояние также известно как системная «высота головы».

Непрямая солнечная тепловая система

Непрямая система горячего водоснабжения, также известная как система с замкнутым контуром, отличается от предыдущей термосифонной системы тем, что в ней используется теплообменник, который отделен от солнечного плоского коллектора для нагрева воды. в накопительном баке.

Системы косвенного нагрева воды являются активными системами и требуют насосов для циркуляции теплоносителя по системе с замкнутым контуром от коллектора к теплообменнику в резервуаре. Система содержит раствор антифриза, обычно смесь 50% гликоля и воды, в первичном замкнутом контуре, а не только воду, которая нагревается и хранится отдельно от основного бытового горячего водоснабжения.

Непрямая солнечная тепловая система

Теплообменник передает тепло от раствора антифриза в коллекторе воде, находящейся в резервуаре для хранения воды. Теплообменник может представлять собой медный змеевик внутри нижней части накопительного бака или плоский теплообменник снаружи накопительного бака.

Одним из основных преимуществ этой замкнутой системы косвенного нагрева является то, что раствор антифриза обеспечивает круглогодичную работу в районах, где температура падает ниже точки замерзания, а также защищает систему от коррозии коллекторов неочищенной водопроводной водой, содержащей газы и различные растворенные соли.

Основное преимущество системы косвенного горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией заключается в том, что существующую систему нагрева воды для бытовых нужд можно легко преобразовать в солнечную систему нагрева воды, просто добавив плоский коллектор и одиночный насос, поскольку в большинстве домов используется газ или мазут. котлов, а также бак-аккумулятор горячей воды со встроенным змеевиком теплообменника.

Система также, вероятно, будет более эффективной, а резервуар для хранения горячей воды можно разместить в любом месте дома, поскольку он не должен быть выше коллекторов, как в предыдущей пассивной или термосифонной системе.

Одним из недостатков, однако, является то, что замкнутая система зависит от электричества для циркуляционного насоса, который может быть дорогим или ненадежным. В некоторых конструкциях рядом с коллектором используется небольшой низковольтный насос и фотоэлектрическая панель, что делает систему более эффективной и экологичной. Для более крупных установок и в более прохладном климате резервуары с горячей водой расположены под крышей внутри зданий, поэтому косвенный нагрев воды с принудительной циркуляцией является нормой.

Размеры плоского солнечного коллектора

Солнечное водонагревание — исправленное и дополненное издание: A. ..

Размер плоского солнечного коллектора для использования в системе горячего водоснабжения или отопления зависит от потребности в горячей воде. Если потребление горячей воды в доме или максимальная температура воды снижены, потребность в горячей воде может быть обеспечена меньшей солнечной батареей, которую легко установить на крыше. Кроме того, небольшие тепловые системы дешевле в установке и быстрее окупаются за счет экономии энергии.

Размер системы солнечной тепловой энергии, конечно же, зависит от ваших потребностей в горячей воде, температуры и потребления, но можно использовать общие эмпирические правила, чтобы получить представление о размере системы.

В Интернете доступны всевозможные учебные планы и книги, которые помогут вам построить собственный солнечный термальный водонагреватель, так почему бы не нажать здесь и не получить копию на Amazon набора чертежей солнечного водонагревателя «сделай сам» и заставить солнце работать в вашем доме сегодня.

Солнечные плоские коллекторы обычно имеют размер примерно от 32 квадратных футов (4 x 8 футов) или 3 квадратных метра и могут весить более 200 фунтов или 100 килограммов каждый. Один квадратный фут (1000 см ² ) нагревает около двух галлонов или 10 литров воды в день до температуры выше 70 ^o C. Таким образом, одна панель площадью от 20 до 30 квадратных футов нагреет около 60 галлонов (300 литров) воды, что примерно соответствует размеру стандартного бака для хранения горячей воды.

Как правило, вам потребуется от 10 до 16 футов ² площади плоского коллектора на человека и от 1,5 до 2,0 галлонов резервуара для горячей воды на квадратный фут площади коллектора. Таким образом, для семьи из четырех человек это составляет от 40 до 60 квадратных футов площади пластины коллектора и от 60 до 120 галлонов хранилища. Тогда для солнечной системы нагрева горячей воды для семьи из четырех человек потребуется как минимум два стандартных солнечных плоских коллектора площадью около 32 квадратных футов (4 x 8 футов) каждый.

Плоский коллектор Краткий обзор

В то время как плоские коллекторы превосходно собирают солнечную энергию, имеющиеся в продаже коллекторы горячей воды иногда могут быть дорогими. Простые и более дешевые плоские панели можно сделать из старых радиаторов центрального отопления, выкрашенных в черный цвет, или даже из мотка пластикового шланга или водопроводной трубы, проложенных поверх крыши, но эффективность системы будет очень низкой.

Правильно установленные бытовые солнечные системы горячего водоснабжения эффективны и надежны. Конфигурации системы могут варьироваться от простых термосифонных систем, использующих гравитацию, до более сложных систем с принудительной циркуляцией, для которых требуются насосы, контроллеры и теплообменники.

Несмотря на более высокую начальную стоимость по сравнению с обычными газовыми, масляными и электрическими водонагревателями, солнечные тепловые водонагреватели значительно снижают потребление топлива и могут иметь срок окупаемости менее 10 лет.