CS229757B1

CS229757B1 - Solar shell heater

Info

Publication number: CS229757B1
Application number: CS804888A
Authority: CS
Inventors: Jan Broucek; Jaroslav Pech; Milan Kadava; Jiri Ing Fait; Jiri Horn
Original assignee: Jan Broucek; Jaroslav Pech; Milan Kadava; Jiri Ing Fait; Jiri Horn
Priority date: 1980-07-09
Filing date: 1980-07-09
Publication date: 1984-06-18

Description

(54) Sluneční plastový ohřívač média(54) Solar plastic medium heater

229 757229 757

Vynález se týká slunečního plastového ohřívače média, u něhtfž se řeší využiti slunečního záření nebo teploty okolního prostředí tím způsobem, že k energetické přeměně dochází v kanálcích pod povrchem v ploše panelu z plastické hmoty.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a solar plastic medium heater in which the use of solar radiation or ambient temperature is solved in that energy conversion takes place in channels below the surface in the area of the plastic panel.

Dosud známé plastové kolektory jsou v podstatě konstrukčně řešeny obdobným způsobem jako kovové, to znamená, že absorber je trubkového typu. Celá sestava ohřívače je tvořena nosnou vanou bud kovovou nebo plastovou, ve které je uložena tepelná izolace /minerální vlna, polyuretanová pěna apod./. Na této izolační vrstvě spočívá absorbér trubkového typu z plastické hmoty. Celý kolektor je uzavřen jednoduchým nebo dvojitým zasklením z křemičitého nebo organického skla, různými fóliemi apod., jež jsou uloženy v horním rámu spojeném s nosnou vanou tak, aby byla zajištěna absolutní těsnost a nepropustnost. Nevýhodou tohoto řešení je poměrně malé účinnost trubkového absorberu z plastické hmoty v porovnání s obdobnými absorbery kovovými, jež je dána odlišnými tepelně vodivými vlastnostmi materiálů. Kovové materiály používané při konstrukci kolektorů, at již při výrobě nosné vany, horního rámu či absorbéru navíc podléhají povětrnostním vlivům, jejich značná hmotnost omezuje móžnosti použití. Společnou nevýhodou popsaných plastových slunečních kolektorů je poměrně složitá konstrukce, značné množství jednotlivých komponentů na sebe váže při výrobě a montáži větší počet pracovníků, což se odráží ve výrobních nákladech, jež přímo ovlivňují odbytovou cenu. V neposled ní řadě je jejich funkce podmíněna intenzitou slunečního záření, je tudíž třeba)je situavat směrem na jih ve sklonu 35° až 50°. Nelze je využít k jiným účelům než jsou konstruovány, např.: energetický blok a pod.The known plastic collectors are designed in a similar way as metal ones, i.e. the absorber is of the tubular type. The entire heater assembly consists of a metal or plastic carrier tub, in which thermal insulation (mineral wool, polyurethane foam, etc.) is stored. A tubular type absorber of plastic material rests on this insulating layer. The whole collector is closed by single or double glazing of silicate or organic glass, various foils, etc., which are placed in the upper frame connected to the supporting tray so as to ensure absolute tightness and impermeability. The disadvantage of this solution is the relatively low efficiency of the tubular absorber made of plastic compared to similar metal absorbers, which is due to different thermally conductive properties of the materials. In addition, the metallic materials used in the construction of collectors, whether in the production of the load-bearing tray, the upper frame or the absorber, are subject to weathering, their considerable weight limits the possibilities of use. A common disadvantage of the described plastic solar collectors is the relatively complex construction, a large number of individual components are connected to each other during production and assembly, which is reflected in production costs that directly affect the sales price. Last but not least, their function is conditioned by the intensity of solar radiation (therefore it is necessary) to be situated to the south at an inclination of 35 ° to 50 °. They cannot be used for other purposes than they are designed, eg: energy block etc.

- 2 229 757- 2 229 757

Uvedené nevýhody obsahuje řešení podle patentového spisu USA č. 4161 170, pro podpovrchový ohřev média se užívá soustavy kanálků uvnitř izolačního materiálu /skelná vlna, polystyren, polyuretan/ a absorbér _vtvoří deska kovová či z polymerů, uložená v tepelném kontaktu s kanálky a zakrytá dvojitým transparentním zakrytím, mezi kterým je fluidní vrstva využívající teplosměnnost látek jako je čpavek, metylamin, dimetylamin při jejich zplynění. Řešení vychází ze známých prvků: izolační vana, absorbér, transparentní zakrytí a má tedy i společné nevýhody těchto prvků, jak je výše uvedeno. Navíc řešení s odděleným absorbérem a kanálky využívá jen velmi malou aktivní plochu pro přestup tepla a vynucuje si použití fluidní vrstvy, která v podstatě dodává to, co se ztrácí nevhodnou konstrukcí odděleného absorbéru. Toto opatření neúměrně zvyšuje náklady, čpavkové prostředí vyžaduje použití materiálů se značnou chemickou odolností, neboť již při krátkodobém působení metyl a dimetylaminů /100 hodin/ při 100° C resp. za varu, dochází k odštěpování kousků materiálů a k rozpadávání celých tělísek polymerů. ío vše se promítá do životnosti a ceny zařízení.These disadvantages includes solutions of U.S. Patent no. 4161 170 for subsurface heating medium is used the system of channels within the insulation material / glass wool, polystyrene, polyurethane and / absorber _to form a plate of metal or of polymers deposited in thermal contact with the conduits and covered a double transparent cover between which there is a fluidized bed utilizing the heat exchange of substances such as ammonia, methylamine, dimethylamine during their gasification. The solution is based on the known elements: insulating pan, absorber, transparent cover and thus has the common disadvantages of these elements, as mentioned above. In addition, the separate absorber and channel solution utilizes only a very small active heat transfer area and requires the use of a fluidized bed that essentially delivers what is lost by the improper design of the separate absorber. This measure disproportionately increases costs, the ammonia environment requires the use of materials with considerable chemical resistance, since even with short-term exposure to methyl and dimethylamines (100 hours) at 100 ° C resp. when boiling, pieces of materials are split off and whole polymer bodies are broken down. Everything is reflected in the life and cost of the equipment.

Výše uvedené nedostatky řeší sluneční plastový ohřívač média podle vynálezu, tvořený tvarovaným panelem, v němž je pod povrchem soustava kanálků, jehož podstatou je že cirkulační kanálky probíhají v celé ploše panelu, v němž jsou přímo vytvořeny a na obou koncích zaústěny do sběračů, přičemž povrch panelu jsou vertikálně členěné výstupky. Sluneční plastový ohřívač média je opatřen transparentním krytem upevněným v dráž ce v obvodovém rámu panelu. Použitým plastem pro panel je strukturně lehčený polypropylen - strukturní pěna, vznikající použitím tzv. nadouvadel. Strukturně lehčený polypropylen je tmavě pigmentován.The above-mentioned drawbacks are solved by the solar plastic water heater according to the invention, formed by a shaped panel in which there is a system of channels below the surface, the principle being that the circulation channels extend over the entire surface of the panel in which they are directly formed. panels are vertically segmented protrusions. The solar plastic media heater is provided with a transparent cover mounted in a groove in the peripheral frame of the panel. The plastic used for the panel is a structurally lightweight polypropylene - a structural foam resulting from the use of so-called blowing agents. The structurally lightweight polypropylene is dark pigmented.

Použitím plastů v tomto konstrukčním řešení se dosáhne toho, že celoplastový absorbér ohřívače je v podstatě štěrbinový, čímž se eliminují nepříznivé vlastnosti plastů při trubkovém řešení. Činitel využití energie v ohřívači v závislosti na materiálu absorbéru a součiniteli celkových ztrát je při štěrbinové konstrukci u plastů téměř shodný jako při trubkové konstrukci u kovů, v některých případech i lepší. Například při součiniteli celkových ztrát U=^°, je činitel využití ener- 3 229 757 gie u plastového štěrbinového ohřívače 0,85 a u dosud nejužívanějšího, trubkového ocelového 0,84. Největším přínosem je skutečnost, že sluneční plastový ohřívač média pracuje i v nepříznivých klimatických podmínkách, např. v pásmech s velmi nízkým počtem hodin slunečního svitu nebo v noci. Zde se plastový panel využívá jako koncentrující prvek, kde se energie prostřednictvím větru, deště, sněhu, mlhy a proudění vzduchu shromažďuje a přeměňuje k topným účelům. Lze jej umístit vertikálně, horizontálně nebo skloněný pod libovolným úhlem, nezávisle na světových stranách. Při instalaci těsně nad střechou je panel v přímém kontaktu s okolním prostředím. Výsledkem je optimální energetická vytěžitelnost. Při slunečním svitu se ohřívá médium dopadajícím zářením, v době bez energetického zisku ze slunečního záření se potřebná energie získává z okolního prostředí /vítr, déšt, sníh,. mlha apod./ a přeměňuje se k topným účelům. Panely lze též skládat nad sebe, v horizontální poloze, se vzduchovými mezerami, umožňujícími proudění vzduchu. Propojení jednotlivých panelů je možno provést pomocí otvorů na okrajích nebo uprostřed, na středící nosnou rouru, opatřenou elementy vymezujícími vzdálenost mezi - jednotlivými panely. Takto sestavený energetický blok umožňuje zisk požadovaného množství energie v případech, kdy není k dispozici dostatečný prostor k instalaci jednotlivých panelů klasickým způsobem. Uvedené energetické bloky je výhodné instalovat ve větrem exponovaném prostředí, kde je rychlost proudění min.By using the plastics in this design, the all-plastic absorber of the heater is substantially slotted, thereby eliminating the unfavorable properties of the plastics in the tubular design. The energy utilization factor in the heater, depending on the absorber material and the total loss coefficient, is almost the same for a slotted construction for plastics as for a tubular construction for metals, and in some cases better. For example, with a total loss factor U = ^ °, the energy utilization factor of 3,229,757 gie for a plastic slot heater is 0.85, and for the most commonly used, tubular steel heater, 0.84. The biggest benefit is the fact that the solar plastic media heater works even in adverse climatic conditions, eg in zones with very low hours of sunshine or at night. Here, the plastic panel is used as a concentrating element, where energy is collected and converted for heating purposes through wind, rain, snow, fog and air flow. It can be placed vertically, horizontally or inclined at any angle, regardless of the cardinal points. When installed just above the roof, the panel is in direct contact with the environment. The result is optimum energy yield. In sunlight, the medium is heated by the incident radiation; fog and the like / and is converted for heating purposes. The panels can also be stacked in a horizontal position with air gaps to allow air flow. The interconnection of individual panels can be done by holes on the edges or in the middle, to the centering support tube, provided with elements defining the distance between the individual panels. The energy block assembled in this way allows the required amount of energy to be obtained in cases where there is not enough space to install the individual panels in a conventional way. Said energy blocks are preferably installed in a wind-exposed environment where the flow velocity is min.

m.s“¹. Absorbční systém ve spojení se zásobníkem tepla je použitelný se všemi druhy tepelných čerpadel. Sluneční plastový ohřívač média, vyrobený ze strukturní pěny lehčeného, tmavě pigmentovaného polypropylenu, se vyznačuje vysokou životností, chemickou odolností, odolností vůči povětrnostním vlivům, nízkou hmotností. V důsledku snadné výroby i montáže, lze dosáhnout vysoké sériovosti, což příznivě ovlivňuje cenové náklady.ms “ ¹ . The absorption system in conjunction with the heat storage tank can be used with all types of heat pumps. Solar plastic heater medium, made of structural foam lightweight, dark pigmented polypropylene, is characterized by high durability, chemical resistance, weather resistance, low weight. Due to the ease of manufacture and assembly, high series production can be achieved, which positively affects cost costs.

Na připojených výkresech je znázorněno provedení slunečního plastového ohřívače média, kde na obr. 1 je jeho perspektivní nákres s provedeným řezem rovinou, na obr. 2 je nakreslen detail ní řez ohřívače, opatřeného na celém povrchu členěnými výstupky.The accompanying drawings show an embodiment of a solar plastic medium heater, in which FIG. 1 is a perspective view of a planar sectional view, and FIG. 2 is a detailed cross-sectional view of a heater provided with articulated projections over its entire surface.

Obvodový rám 1 plastového ohřívače /obr.l/, tvoří výlisek strukturně lehčeného, tmavě pigmentovaného polypropylenu, opatřený drážkou pro hermetické upevnění transparentního krytu 2_ ·The peripheral frame 1 of the plastic heater (FIG. 1) is formed by a molding of structurally lightened, dark pigmented polypropylene, provided with a groove for hermetically fastening the transparent cover 2.

- 4 229 757- 4,229,757

Absorbční část panelu 6 tvoří výlisek strukturně lehčeného, tmavě pigmentovaného polypropylenu, opatřeného v teplosměnných plochách vertikálně členěnými výstupky 3 podle obr.2., tvarovaných ve vnější kompaktní vrstvě sendvičového materiálu do pravidelných řad, kde každý výstupek mé tvar krychle, rozdělené ve své vrchní části osovým křížem na další čtyři kubické části se zaoblením povrchu každé z nich. Celý povrch panelu tak vytváří kubus. Hloubkový ohřev v ploše je proveden soustavou v podstatě rovnoběžných kanálků 4, vytvořených v jádru sendvičového materiálu s nepravidelnou a dezorientovanou buněčnou strukturou, které jsou zaústěny na obou koncích do sběračů vytvořených rovněž přímo v panelu 6, jež jsou upraveny pro vzájemné spojení systému více ohřívačů. Otvory 7, podle obr.l, slouží k uchycení a snadné instalaci ohřívače na nosnou konstrukci nebo k vzájemnému propojení do energetických bloků. Pomocí sběračů 2 proudí nepřetržitě médium soustavou kanálků 4 v hloubce plochy panelu (5 a plní funkci energetického nosiče.The absorbent portion of the panel 6 is a compact of structurally lightweight, dark pigmented polypropylene provided with heat-exchanging surfaces with vertically articulated protrusions 3 according to FIG. 2, shaped in an outer compact layer of sandwich material into regular rows, axial cross to the other four cubic parts with a rounded surface of each. The entire surface of the panel thus forms a cubus. The depth heating in the surface is provided by a set of substantially parallel channels 4 formed in the core of a sandwich material with an irregular and disoriented cellular structure, which are connected at both ends to collectors also formed directly in the panel 6 which are adapted to interconnect the multiple heaters. The openings 7, according to FIG. 1, are used to mount and easily install the heater to a supporting structure or to be interconnected in power blocks. Through the collectors 2, the medium continuously flows through a set of channels 4 at a depth of the panel surface (5) and serves as an energy carrier.

Sluneční plastový ohřívač média, vyrobený ze strukturní pěny lehčeného, tmavě pigmentovaného polypropylenu nalézá díky nízké hmotnosti uplatnění i tam, kde nelze použít těžké konstrukce tradičního zpracování. Vzhledem k vysoké chemické odolnosti je vhodný i pro agresivní prostředí. Jednou formou zisku tepelné energie je ohřev média radiací při přímém slunečním záření. Druhá forma zisku energie spočívá ve sběru energie z okolního prostředí bez slunečního záření i v noci, pomocí proudění vzduchu, deště, sněhu, mlhy apod. Výhodné je tvořit energetické bloky. Absorbční systém ve spojení se zásobníkem tepla je použitelný se všemi druhy tepelných čerpadel. Panely lze dále užít jednak k zisku tepelné energie z prostředí a za druhé následně jako teplovodní radiátor při prostorovém a podpovrchovém vytápění, jako klimatizační prvek apod. Sluneční plastový ohřívač média nevyžaduje žádnou «údržbu, jako nátěry, výměnu dílů, izolace apod. Je předurčen k širokému použití jako zdroj tepelné užitkové vody pro potřeby zemědělství, zejména v živočišné výrobě, při chovu ryb, při výrobě zeleniny, v sociálních, sportovních a rekreačních zařízení a podobně.The solar plastic medium heater, made of structural foam of lightweight, dark pigmented polypropylene, is also suitable for applications where heavy constructions of traditional processing cannot be used due to its low weight. Due to its high chemical resistance it is also suitable for aggressive environments. One form of heat energy gain is heating the medium by radiation in direct sunlight. The second form of energy gain consists in collecting energy from the surrounding environment without sunlight even at night, by means of air flow, rain, snow, fog, etc. It is advantageous to form energy blocks. The absorption system in conjunction with the heat storage tank can be used with all types of heat pumps. The panels can also be used to obtain thermal energy from the environment and secondly as a hot-water radiator for space and underground heating, as an air conditioner, etc. The solar plastic media heater requires no maintenance, such as painting, replacement of parts, insulation etc. widespread use as a source of thermal service water for agriculture, especially in livestock, fish farming, vegetable production, social, sports and recreational facilities and the like.

Claims

Object of the invention

229 757

A solar plastic medium heater consisting of a sandwich panel (6), in which an outer channel layer (4) is provided beneath the outer compact layer, characterized in that the circulation channels throughout the panel surface (6) in which they are directly formed are at both ends, they enter into the collectors (5), wherein on the outer compact layer of the panel (6) there are vertically divided projections (3).

Solar plastic medium heater according to claim 1, characterized in that the panel (6) is provided with a transparent cover (2).

Solar plastic medium heater according to claim 2, characterized in that the transparent cover (2) is fixed in a groove formed in the peripheral frame (1) as part of the panel (6).

4. A solar plastic medium heater according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that the plastic used for the panel (6) is a structural foam of dark pigmented structural lightweight polypropylene.