PL213896B1 - Rura absorbera słonecznego - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest rura absorbera słonecznego, zawierająca próżniowy element absorpcyjny i rurowy element do przenoszenia zaabsorbowanej energii słonecznej przez ciekłe medium.

Znany z opisu patentowego US 4440156 słoneczny kolektor cieplny zawiera zewnętrzną zasadniczo prostą rurę, która jest zamknięta na jednym i otwarta na drugim końcu oraz wewnętrzną zasadniczo prostą rurę, która jest zamknięta na jednym końcu i otwarta na drugim końcu. Rury wewnętrzna i zewnętrzna są hermetycznie połączone na ich otwartych końcach, a z przestrzeni pomiędzy nimi jest usunięte powietrze dla uzyskania podciśnienia o określonej wartości.

Wewnątrz wewnętrznej rury jest usytuowana cienka U-rurka, w kształcie spinki do włosów, dla cyrkulowania przez nią ciekłego medium. Wspomniana U-rurka zawiera dwa zasadniczo proste odcinki, z których oba lub przynajmniej jeden jest w kontakcie z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej rury.

Wewnątrz wewnętrznej rury jest usytuowana para przewodzących ciepło elementów, które mają łukowate części oraz wygięte do wewnątrz proste części. Łukowate części wspomnianych elementów przewodzących ciepło mają półkolisty kształt i są ze sobą złączone wygiętymi do wewnątrz prostymi częściami za pośrednictwem przejściowych części, usytuowanych pod kątem 120° do 150°.

Przewodzące ciepło elementy są zdolne do zapewnienia kontaktu obu lub przynajmniej jednego zasadniczo prostego odcinka U-rurki z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej rury.

Zespolony kolektor słoneczny dla ogrzewaczy wody i innych urządzeń wykorzystujących ciepło słoneczne, zawiera według opisu patentowego CN 1469088: szklaną próżniową rurę; pojedynczą zamkniętą metalową rurkę, która jest włożona do szklanej próżniowej rury, wypełniona niezamarzającym ciekłym środkiem przewodzącym ciepło i służy jako element przenoszący ciepło; złączkę dla połączenia próżniowej rury z przenoszącym ciepło elementem; oraz proszek przewodzący ciepło, wprowadzony między element próżniowy a element przenoszący ciepło.

W porównaniu ze znanymi kolektorami, przedmiotowe rozwiązanie charakteryzuje się podwyższonym współczynnikiem przewodności cieplnej, dużą pojemnością cieplną i wysoką sprawnością cieplną.

Z kolei w opisie zgłoszenia patentowego WO 2006 136243 ujawniono próżniowe rury kolektorów słonecznych o poprawionej właściwości przekazywania ciepła. Zgodnie z tym znanym rozwiązaniem, przekazywanie ciepła pomiędzy próżniowym elementem absorbującym ciepło, a rurkami przenoszącymi ciepło podniesiono dzięki użyciu przewodzących ciepło elementów, które wytworzono ze ściśniętego grafitu, rozprężającego się w próżniowych rurach kolektorów słonecznych. Przewodzący ciepło element, który jest wytworzony ze ściśniętego grafitu mogącego się rozprężać, może mieć postać ciasno pasowanej wewnętrznej warstwy pośredniej, usytuowanej pomiędzy wewnętrzną ścianą absorbera a konstrukcją nośną, która może zawierać przenoszące ciepło rurki, lub może mieć postać przewodzącej ciepło części składowej, która jest pasownie wprowadzona do rury absorbera i która zwiera ciasno spasowane rurki przenoszące ciepło.

Zagadnieniem technicznym postawionym do rozwiązania jest uzyskanie rury absorbera słonecznego o wysokiej sprawności cieplnej, odpornej na niekorzystne skutki miejscowego przegrzania szkła próżniowej rury przez słońce, a przy tym charakteryzującej się niską masą, pozwalającą wykorzystywać rurę w kolektorach słonecznych o lekkiej konstrukcji wsporczej, w tym kolektorach ruchomych.

Zgodnie z wynalazkiem, rura absorbera słonecznego, zawiera zasadniczo prostą szklaną rurę próżniową, wewnątrz której jest usytuowana przynajmniej jedna U-rurka o dwóch zasadniczo prostych ramionach i przewodzący ciepło metalowy element, będący w kontakcie z wewnętrzną powierzchnią próżniowej rury oraz z przynajmniej jednym z ramion przynajmniej jednej U-rurki, służącej do cyrkulowania przez nią ciekłego medium przenoszącego ciepło.

Rura absorbera charakteryzuje się tym, że przewodzący ciepło element ma postać zwiniętego z blachy, sprężystego cylindra o zachodzących na siebie wzdłużnych krawędziach, mającego na pobocznicy osiowe kanały, w których są osadzone ramiona przynajmniej jednej U-rurki.

W szczególności korzystnie jest, gdy przewodzący ciepło element zawiera dwa osiowe kanały dla ramion jednej U-rurki lub cztery osiowe kanały dla ramion dwóch U-rurek.

Dla podwyższenia sprawności cieplnej rury absorbera, wprowadzono warstwę przewodzącej ciepło pasty w osiowych kanałach oraz pomiędzy wewnętrzną powierzchnią próżniowej rury a pobocznicą przewodzącego ciepło elementu, co podniosło przewodność cieplną między wewnętrzną ścianką rury próżniowej a U-rurką.

PL 213 896 B1

Okazało się przy tym, że warstwa przewodzącej ciepło pasty, wprowadzona pomiędzy będące w ciągłym kontakcie powierzchnie wewnętrznej szklanej rury i cylindrycznego, przewodzącego ciepło metalowego elementu, w skojarzeniu ze sprężystym dociskiem pobocznicy cylindra przewodzącego ciepło elementu do szklanej rury próżniowej, pozwala nieoczekiwanie uzyskać rurę absorbera słonecznego o zdolności do szybkiego wyrównywania temperatury na obwodzie szklanej próżniowej rury, nawet przy intensywnym miejscowym nagrzaniu jej przez słońce. Dzięki temu rura absorbera według wynalazku ma dużą odporność na uszkodzenia (pęknięcia) szkła, które w znanych rozwiązaniach rur absorpcyjnych zdarzają się wskutek silnego miejscowego przegrzania części pobocznicy rury absorpcyjnej przez słońce.

Jednocześnie zaś, nadanie przewodzącemu ciepło metalowemu elementowi postaci blaszanego cylindra nieznacznie tylko zwiększa masę rury absorbera, przez co rozwiązanie według wynalazku można montować na lekkich konstrukcjach wsporczych kolektorów słonecznych, w tym konstrukcjach niestacjonarnych, takich zwłaszcza jak obrotowe kolektory słoneczne.

Rura absorbera słonecznego według wynalazku ma wysoką sprawność cieplną, jest trwała w skrajnych termicznych warunkach eksploatacji, a przede wszystkim jest niewrażliwa nawet na tak silne miejscowe nagrzanie przez słońce obwodu szklanej rury próżniowej, które w znanych rozwiązaniach zwykle powoduje pękanie szkła. Ma przy tym prostą i lekką budowę, dzięki czemu nadaje się do stosowania zarówno w stałych jak i ruchomych kolektorach słonecznych.

Przedmiot wynalazku w dwu podstawowych przykładach realizacji uwidoczniono na załączonym rysunku, na którym fig. 1 przedstawia osiowy przekrój przez rurę absorbera słonecznego, zawierającą w pierwszym przykładzie wykonania jedną U-rurkę, fig. 2 - powiększony przekrój poprzeczny A-A na fig. 1, a fig. 3 - przekrój poprzeczny przez rurę absorbera słonecznego, zawierającą w drugim przykładzie wykonania dwie U-rurki, a fig. 4 - powiększony przekrój poprzeczny B-B na fig. 3.

W obu przedstawionych poniżej szczegółowo przykładach realizacji wynalazku, rura absorbera słonecznego ma znaną, zasadniczo prostą szklaną rurę próżniową, która jest utworzona z zewnętrznej rury 1, zamkniętej na jednym i otwartej na drugim końcu oraz z wewnętrznej rury 2, zamkniętej na jednym i otwartej na drugim końcu. Obie rury, zewnętrzna 1 i wewnętrzna 2 są hermetycznie połączone ze sobą na ich otwartych końcach, a z przestrzeni pomiędzy nimi jest usunięte powietrze dla uzyskania podciśnienia. Ponadto dla podniesienia sprawności cieplnej próżniowej rury, wewnętrzna rura 2 posiadać może znaną warstwę absorbującą promienie słoneczne, na przykład z metaliczną lub tlenkową.

W pierwszym przykładzie realizacji wynalazku wewnątrz wewnętrznej rury 2 jest usytuowana jedna metalowa U-rurka 3 o dwóch zasadniczo prostych ramionach połączonych zasadniczo półkolistym kolanem.

W drugim przykładzie realizacji wynalazku wewnątrz wewnętrznej rury 2 są usytuowane dwie metalowe U-rurki 3, o kształcie analogicznym jak w pierwszym przykładzie, przy czym dla bezkolizyjnego usytuowania obu U-rurek 3 w próżniowej rurze przewidziano, że kolano jednej z U-rurek 3 jest tak przesunięte względem kolana drugiej, iż mija je bezstykowo.

W obu przykładach realizacji wynalazku U-rurki 3 są uformowane z metalu dobrze przewodzącego ciepło, najlepiej z miedzi lub jej stopów.

Końce U-rurek 3 są wyprowadzone poza obrys szklanej próżniowej rury, aby wygodnie można było połączyć je z nieuwidocznionymi na rysunku znanymi przewodami rurowymi i przepuszczać przez nie ciekłe medium przenoszące ciepło.

Ramiona U-rurek 3 są w obu przykładach realizacji umiejscowione w pobliżu wewnętrznej powierzchni wewnętrznej rury 2, lecz dla uzyskania dużej efektywności przekazywania ciepła zbędne jest według wynalazku przyleganie ramion U-rurek 3 do wewnętrznej rury 2, bo w wewnętrznej rurze 2 jest usytuowany przewodzący ciepło metalowy element 4, z którym ramiona U-rurek 4 mają bezpośredni kontakt.

Przewodzący ciepło element 4 ma postać zwiniętego z blachy, korzystnie ze stopu miedzi, sprężystego cylindra o zachodzących na siebie wzdłużnych krawędziach 5. Dzięki temu przewodzący ciepło element 4 jest bardzo lekki, a zarazem ściśle i sprężyście przylega do zasadniczo całej wewnętrznej powierzchni wewnętrznej rury 2. Ma on na cylindrycznej pobocznicy osiowe kanały 6 - dwa w pierwszym przykładzie realizacji wynalazku i cztery w drugim przykładzie. We wspomnianych kanałach 6 osadzone są ramiona U-rurek 3.

Dla podniesienia sprawności cieplnej rury absorbera, przewidziano naniesienie warstwy przewodzącej ciepło pasty 7 między wewnętrzną powierzchnię wewnętrznej rury 2 i pobocznicę przewo4

PL 213 896 B1 dzącego ciepło elementu 4 oraz w osiowych kanałach 6, z tym że w osiowych kanałach 6 warstwa przewodzącej ciepło pasty 7 naniesiona jest przynajmniej między ramiona U-rurek 3 i powierzchnię osiowych kanałów 6. Oczywistym jest przy tym, że dla lepszego zilustrowania wynalazku, na załączonych rysunkach pokazano warstwy przewodzącej ciepło pasty 7 o nieproporcjonalnie dużej grubości w porównaniu z grubością przewodzącego ciepło elementu 4 czy grubością wewnętrznej rury 2.

Oczywistym jest również, że zaprezentowanych szczegółowo w opisie dwóch praktycznych przykładów realizacji wynalazku traktować nie należy jako ograniczenie zakresu ochrony, czy zawężenie istoty rozwiązania.

Claims (3)

1. Rura absorbera słonecznego, zawierająca zasadniczo prostą szklaną rurę próżniową z usytuowaną wewnątrz niej przynajmniej jedną U-rurką o dwóch zasadniczo prostych ramionach i przewodzącym ciepło metalowym elementem, będącym w kontakcie z wewnętrzną powierzchnią próżniowej rury oraz z przynajmniej jednym z ramion przynajmniej jednej U-rurki, znamienny tym, że przewodzący ciepło element (4) ma postać zwiniętego z blachy, sprężystego cylindra o zachodzących na siebie wzdłużnych krawędziach (5), mającego na pobocznicy osiowe kanały (6), w których są osadzone ramiona przynajmniej jednej U-rurki (3), przy czym w osiowych kanałach (6) oraz pomiędzy wewnętrzną powierzchnią próżniowej rury a pobocznicą przewodzącego ciepło elementu (4) jest warstwa przewodzącej ciepło pasty (7).

2. Rura absorbera słonecznego według zastrz. 1, znamienna tym, że przewodzący ciepło element (4) zawiera dwa osiowe kanały (6) dla ramion jednej U-rurki (3).

3. Rura absorbera słonecznego według zastrz. 1, znamienna tym, że przewodzący ciepło element (4) zawiera cztery osiowe kanały (6) dla ramion dwóch U-rurek (3).