RU128920U1

RU128920U1 - SOLAR COLLECTOR

Info

Publication number: RU128920U1
Application number: RU2012148595/06U
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Осьмаков; Сергей Эдуардович Шкляров; Вячеслав Иванович Краснов
Original assignee: Открытое акционерное общество "АлМет" (ОАО "АлМет")
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2012-11-15
Publication date: 2013-06-10

Abstract

1. Солнечный коллектор, включающей минимум одну монолитную светопроницаемую пластиковую панель с соединительными элементами для соединения с другими панелями, внутри которой выполнены каналы для теплоносителя между двумя группами полостей, причем соседние полости в группе имеют одну общую стенку, входной и выходной коллекторы, а также теплоноситель, отличающийся тем, что два соседних канала для теплоносителя имеют одну общую стенку, полости герметичны и заполнены аргоном, входной и выходной коллекторы, а также каналы выполнены с возможностью обеспечения одинакового пути прохождения теплоносителя по всем каналам от входа до выхода солнечного коллектора, а в качестве теплоносителя используется антифриз в виде геля или жидкости с диспергированными частицами наноуглерода, а также примесями в виде сажи и графена, составляющими ≈1% от теплоносителя.2. Солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что передняя поверхность панели имеет прозрачное износостойкое покрытие, и/или задняя поверхность панели имеет зеркальное покрытие.3. Солнечный коллектор по п.1 или 2 отличающийся тем, что в качестве наноуглерода используются углеродные нанотрубки.1. A solar collector comprising at least one monolithic translucent plastic panel with connecting elements for connecting to other panels, inside which are made channels for the coolant between two groups of cavities, and adjacent cavities in the group have one common wall, input and output collectors, as well as coolant characterized in that two adjacent channels for the coolant have one common wall, the cavities are sealed and filled with argon, the input and output collectors, as well as the channels are made with possible the ability to ensure the same path of the coolant through all channels from the entrance to the exit of the solar collector, and antifreeze in the form of a gel or liquid with dispersed nanocarbon particles, as well as impurities in the form of soot and graphene, comprising ≈1% of the coolant, is used as the coolant. 2. The solar collector according to claim 1, characterized in that the front surface of the panel has a transparent wear-resistant coating, and / or the rear surface of the panel has a mirror coating. The solar collector according to claim 1 or 2, characterized in that carbon nanotubes are used as nanocarbon.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к гелиотехнике и предназначена для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию теплоносителя и может быть использована как основной или дополнительный нагреватель в системах отопления и горячего водоснабжения бытовых и промышленных сооружений.The utility model relates to solar technology and is designed to convert solar energy into thermal energy of a heat carrier and can be used as a primary or secondary heater in heating and hot water systems of domestic and industrial buildings.

Уровень техникиState of the art

Известен солнечный коллектор (см. RU 2258874 С2, 20.08.2005), который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента. Отдельный параллельный элемент теплопоглощающей панели выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, образующего трубу для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом, при этом его внешняя поверхность, на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью и на ней с двух продольных сторон выполнены внешние продольные ребра, плоскости которых параллельны плоскости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами. Известное решение может монтироваться непосредственно на каркасе сооружения и выполнять роль стены или крыши сооружения.A known solar collector (see RU 2258874 C2, 08/20/2005), which contains a heat-absorbing panel of a sheet-tube structure formed of separate parallel elements, which consist of a pipe with a heat carrier connected to the heat-absorbing surface of the element. A separate parallel element of the heat-absorbing panel is made in the form of an extended product, having a cross-sectional view of a molded solid closed loop forming a pipe for a heat carrier and a cavity filled with heat-accumulating substance, while its outer surface onto which solar radiation is incident is a heat-absorbing surface and on it external longitudinal ribs are made on two longitudinal sides, the planes of which are parallel to the plane of the heat-absorbing panel and are at a distance of from one another, which provides a gap between the ribs. The known solution can be mounted directly on the frame of the structure and act as a wall or roof of the structure.

К недостаткам известного решения, в частности, относятся:The disadvantages of the known solutions, in particular, include:

- дороговизна, за счет изготовления отдельных элементов из алюминиевого сплава;- high cost, due to the manufacture of individual elements from an aluminum alloy;

- малая эффективность преобразования световой энергии солнца в тепловую энергию, обусловленная особенностями конструкции и применяемых материалов, в частности, большое расстояние между каналами теплоносителя;- low efficiency of conversion of solar light energy into thermal energy, due to the design features and the materials used, in particular, the large distance between the coolant channels;

- низкая теплоизоляция.- low thermal insulation.

Известен солнечный коллектор (см. RU 48038 U1, 10.09.2005), содержащий корпус, в котором размещены теплопоглощающая панель и над ней прозрачная теплоизоляция, внутри корпуса размещена теплоизоляция нижней и боковых сторон теплопоглощающей панели. Теплопоглощающая панель выполнена из непрозрачного или полупрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету полимерного материала в виде плоской пластины с внутренними продольными каналами, причем теплопоглощающая панель с двух торцевых сторон, содержащих каналы, присоединена через продольные щели к коллекторным трубам, выполненным из теплостойкого пластика, прозрачная теплоизоляция выполнена из листового или сотового теплостойкого и стойкого к ультрафиолету прозрачного полимерного материала, а теплоизоляция внутри корпуса выполнена из вспененного материала с низкой теплопроводностью, покрытого со стороны, обращенной к теплопоглощающей панели, отражающей солнечное излучение фольгой. Корпус и крепежные элементы выполнены из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала, внутренняя воздушная полость солнечного коллектора, образованная в результате герметичного клеевого или сварного соединения прозрачной теплоизоляции и корпуса, сообщена с окружающей атмосферой с помощью перфорированных отверстий в корпусе солнечного коллектора.A solar collector is known (see RU 48038 U1, 09/10/2005), comprising a housing in which a heat-absorbing panel is placed and transparent thermal insulation above it, thermal insulation of the lower and lateral sides of the heat-absorbing panel is placed inside the housing. The heat-absorbing panel is made of an opaque or translucent heat-resistant and ultraviolet-resistant polymer material in the form of a flat plate with internal longitudinal channels, the heat-absorbing panel from two end sides containing channels connected through longitudinal slots to the collector pipes made of heat-resistant plastic, transparent thermal insulation is made from sheet or cellular heat-resistant and UV-resistant transparent polymer material, and thermal insulation inside the case It executes the foamed material with low thermal conductivity coated on the side facing to the heat-absorbing panel, the solar radiation reflecting foil. The casing and fasteners are made of polymeric material that is resistant to ultraviolet radiation and weather conditions, the internal air cavity of the solar collector formed as a result of a hermetic adhesive or welded connection of transparent thermal insulation and the casing is communicated with the surrounding atmosphere through perforated holes in the casing of the solar collector.

- сложность конструкции;- design complexity;

- невозможность использования в качестве материала для стен или крыш зданий;- the inability to use as a material for walls or roofs of buildings;

- трудоемкость изготовления.- the complexity of manufacturing.

В качестве наиболее близкого аналога принят солнечный коллектор (см. CN 101158513 А, 09.04.2008) включающей минимум одну монолитную светопроницаемую пластиковую панель с соединительными элементами, для соединения с другими панелями, внутри которой выполнены каналы для теплоносителя между двумя группами полостей, причем соседние полости в группе имеют одну общую стенку, входной и выходной коллекторы, а также теплоноситель. Известный солнечный коллектор может использоваться на крышах.As the closest analogue, a solar collector (see CN 101158513 A, 04/09/2008) including at least one monolithic translucent plastic panel with connecting elements, for connecting with other panels, inside which channels for the coolant between two groups of cavities are made, is used, the adjacent cavity in the group they have one common wall, inlet and outlet collectors, as well as a coolant. The famous solar collector can be used on roofs.

- малая эффективность использования площади панели, за счет наличия больших промежутков между каналами;- low efficiency of using the area of the panel due to the presence of large gaps between the channels;

- малая эффективность преобразования энергии, за счет использования воды в качестве теплоносителя;- low energy conversion efficiency due to the use of water as a coolant;

- низкая теплоизоляция;- low thermal insulation;

- возможность использования коллектора только на крышах.- the ability to use the collector only on the roofs.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Предложенная полезная модель направлена на создание устройства, лишенного недостатков известных средств по преобразовании солнечной энергии в тепловую энергию теплоносителя. Техническим результатом предложенного решения является повышение эффективности преобразования световой энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя (повышение КПД), расширение функциональных возможностей и области применения при сохранении простой конструкции и технологии изготовления, повышение теплоизоляции.The proposed utility model is aimed at creating a device devoid of the disadvantages of known means for converting solar energy into thermal energy of a coolant. The technical result of the proposed solution is to increase the efficiency of converting the light energy of the sun into thermal energy of the coolant (increasing efficiency), expanding the functionality and scope while maintaining a simple design and manufacturing technology, increasing thermal insulation.

Технический результат достигается в солнечном коллекторе, включающем минимум одну монолитную светопроницаемую пластиковую панель с соединительными элементами, для соединения с другими панелями, внутри которой выполнены каналы для теплоносителя между двумя группами полостей, причем соседние полости в группе имеют одну общую стенку, входной и выходной коллекторы, а также теплоноситель. При этом два соседних канала для теплоносителя имеют одну общую стенку, полости герметичны и заполнены аргоном, входной и выходной коллекторы, а также каналы выполнены с возможностью обеспечения одинакового пути прохождения теплоносителя по всем каналам от входа до выхода солнечного коллектора, а в качестве теплоносителя используется антифриз в виде геля или жидкости с диспергированными частицами наноуглерода, а также примесями в виде сажи и графена, составляющими ≈1% от теплоносителя.The technical result is achieved in a solar collector, including at least one monolithic translucent plastic panel with connecting elements, for connection with other panels, inside of which channels for the coolant are made between two groups of cavities, and adjacent cavities in the group have one common wall, input and output collectors, as well as coolant. In this case, two adjacent channels for the coolant have one common wall, the cavities are sealed and filled with argon, the input and output collectors, and the channels are made with the possibility of ensuring the same path of the coolant through all channels from the input to the output of the solar collector, and antifreeze is used as the coolant in the form of a gel or liquid with dispersed particles of nanocarbon, as well as impurities in the form of soot and graphene, comprising ≈1% of the coolant.

В одном из вариантов передняя поверхность панели имеет прозрачное износостойкое покрытие и/или задняя поверхность панели имеет зеркальное покрытие.In one embodiment, the front surface of the panel has a transparent wear-resistant coating and / or the rear surface of the panel has a mirror coating.

В качестве наноуглерода могут использоваться углеродные нанотрубки.Carbon nanotubes can be used as nanocarbon.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Фиг.1 - схематичный вид разреза предложенного устройства во фронтальной плоскости.Figure 1 is a schematic sectional view of the proposed device in the frontal plane.

Фиг.2 - схематичный вид светопроницаемой пластиковой панели в горизонтальной плоскости.Figure 2 is a schematic view of a translucent plastic panel in the horizontal plane.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Солнечный коллектор (Фиг.1) состоит из светопроницаемой пластиковой панели 1, к которой присоединены входной 2 и выходной 3 коллекторы. На Фиг.2 показан разрез пластиковой панели 1 в горизонтальной плоскости. Светопроницаемая панель 1 содержит внутренний соединительный элемент 4 и наружный соединительный элемент 5, которые служат для соединения нескольких панелей 1 и образования из них массива. В светопроницаемой панели 1 выполнены первая 6 и вторая 7 группы полостей, а также каналы для теплоносителя 8.The solar collector (Figure 1) consists of a translucent plastic panel 1, to which are connected the input 2 and output 3 collectors. Figure 2 shows a section of a plastic panel 1 in a horizontal plane. The translucent panel 1 comprises an internal connecting element 4 and an external connecting element 5, which serve to connect several panels 1 and form an array of them. In the translucent panel 1, the first 6 and second 7 groups of cavities are made, as well as channels for the coolant 8.

Светопроницаемая пластиковая панель 1 имеет ячеистую структуру и изготавливается из пластика, такого как, например, поликарбонат, методом экструзии. При использовании поликарбоната на поверхность панели 1 дополнительно наносится слой, защищающий от ультрафиолетового излучения. Входной 2 и выходной 3 коллекторы так же могут быть выполнены из пластика. Выполненные таким образом панели 1 обеспечивают высокие прочностные и оптические свойства при небольшом весе готового изделия. В группы полостей 6 и 7 закачивают газ Аргон при давлении ≈0,1 атмосферы, после чего они герметизируются. Выполнение групп полостей 6 и 7, заполненных Аргоном, с двух сторон от каналов для теплоносителя 8, обеспечивают высокие теплоизолирующие свойства панели 1.The translucent plastic panel 1 has a cellular structure and is made of plastic, such as, for example, polycarbonate, by extrusion. When using polycarbonate on the surface of the panel 1 is additionally applied a layer that protects against ultraviolet radiation. Input 2 and output 3 collectors can also be made of plastic. Thus made panels 1 provide high strength and optical properties with a small weight of the finished product. Argon gas is pumped into groups of cavities 6 and 7 at a pressure of ≈0.1 atmospheres, after which they are sealed. The implementation of the groups of cavities 6 and 7, filled with argon, on both sides of the channels for the coolant 8, provide high heat-insulating properties of the panel 1.

Повышение прочностных и теплоизолирующих характеристик предложенного солнечного коллектора, позволяет использовать его в качестве строительного или облицовочного материала для стен и крыш при возведении бытовых и промышленных сооружений.Increasing the strength and heat-insulating characteristics of the proposed solar collector, allows you to use it as a building or facing material for walls and roofs in the construction of domestic and industrial buildings.

Каналы для теплоносителя 8 выполнены таким образом, что два соседних канала имеют общую стенку. Данное выполнение позволяет максимально эффективно использовать всю площадь панели 1 для преобразования световой энергии в тепловую и, соответственно, повысить КПД солнечного коллектора.The channels for the coolant 8 are made in such a way that two adjacent channels have a common wall. This embodiment allows the most efficient use of the entire area of panel 1 for converting light energy into heat and, accordingly, increasing the efficiency of the solar collector.

Теплоносителем, в предложенном солнечном коллекторе, является антифриз в виде геля или жидкости с диспергированными частицами наноуглерода, а также примесями в виде сажи и графена, составляющими «1% от теплоносителя. В качестве наноуглерода могут использоваться углеродные нанотрубки (УНТ). Данный состав позволяет увеличить светопоглощающие свойства теплоносителя и обеспечить высокий коэффициент преобразования световой энергии солнца в тепловую энергию теплоносителя, что значительно повышает КПД предложенного устройства. Кроме того, применение антифриза как основы теплоносителя позволяет использовать предложенный солнечный коллектор круглогодично, а в сочетании с высокими теплоизолирующими свойствами также в районах с пониженной среднегодовой температурой.The coolant in the proposed solar collector is antifreeze in the form of a gel or liquid with dispersed nanocarbon particles, as well as impurities in the form of soot and graphene, comprising “1% of the coolant. Carbon nanotubes (CNTs) can be used as nanocarbon. This composition allows to increase the light-absorbing properties of the coolant and to provide a high coefficient of conversion of light energy of the sun into thermal energy of the coolant, which significantly increases the efficiency of the proposed device. In addition, the use of antifreeze as the basis of the coolant allows the proposed solar collector to be used year-round, and in combination with high heat-insulating properties also in areas with a lower average annual temperature.

Для увеличения светопоглощающих свойств солнечного коллектора, на заднюю поверхность светопроницаемой пластиковой панели 1 может быть нанесен светоотражающий слой 9, который отражает непоглощенный теплоносителем световой поток обратно на теплоноситель.To increase the light-absorbing properties of the solar collector, a reflective layer 9 can be applied to the back surface of the light-permeable plastic panel 1, which reflects the light flux not absorbed by the heat carrier back to the heat carrier.

Для повышения эксплуатационных характеристик предложенного устройства на внешнюю поверхность светопроницаемой пластиковой панели 1 может быть нанесен прозрачный износостойкий слой 10 выполненный, например, путем нанесения прозрачного эпоксидного лака.To improve the operational characteristics of the proposed device on the outer surface of the translucent plastic panel 1 can be applied a transparent wear-resistant layer 10 made, for example, by applying a transparent epoxy varnish.

При соединении множества панелей 1 и образования ими массива, для него могут быть использованы общие входной 2 и выходной 3 коллекторы.When connecting multiple panels 1 and forming an array, a common input 2 and output 3 collectors can be used for it.

Солнечный коллектор работает следующим образом. Поток солнечного излучения (Фиг.2) падает на переднюю поверхность панели 1 и, проходя через светопрозрачные стенки панели 1 и первую группу полостей 6, поглощается теплоносителем в каналах 8. Свет, не поглощенный теплоносителем, проходит дальше через вторую группу полостей 7 и, отражаясь от слоя 9, возвращается обратно для поглощения теплоносителем в каналах 8. На Фиг.1 показано движение теплоносителя в каналах 8. Входной 2 и выходной 3 коллекторы, а также каналы выполнены таким образом, что теплоноситель при движении от входа коллектора 2 до выхода коллектора 3 через каждый из каналов 7 проходит одинаковый путь. Данное выполнение коллекторов 2 и 3 позволяет обеспечить равномерный нагрев теплоносителя. Циркуляция теплоносителя через солнечный коллектор осуществляется либо с помощью насоса, либо естественным путем. Нагретый внутри панели 1 теплоноситель направляется в систему аккумулирования тепла или непосредственно потребителю.The solar collector works as follows. The flow of solar radiation (Figure 2) falls on the front surface of the panel 1 and, passing through the translucent walls of the panel 1 and the first group of cavities 6, is absorbed by the coolant in the channels 8. The light not absorbed by the coolant passes further through the second group of cavities 7 and, being reflected from layer 9, it is returned back for absorption by the coolant in the channels 8. Figure 1 shows the movement of the coolant in the channels 8. The input 2 and output 3 collectors, as well as the channels, are made in such a way that the coolant when moving from the collector inlet 2 to the outlet and the collector 3 through each of the channels 7 passes the same path. This embodiment of the collectors 2 and 3 allows for uniform heating of the coolant. The circulation of the coolant through the solar collector is carried out either by means of a pump or naturally. The coolant heated inside the panel 1 is sent to the heat storage system or directly to the consumer.

Предложенный солнечный коллектор, помимо обеспечения горячего водоснабжения и отопления индивидуального использования (частные дома, коттеджи, дачные постройки), сельскохозяйственного, производственного назначения, может использоваться в качестве строительного или облицовочного материала для стен и крыш вышеупомянутых сооружений. Пластиковый солнечный коллектор является экологически чистым устройством по преобразованию световой энергии в тепловую.The proposed solar collector, in addition to providing hot water and heating for individual use (private houses, cottages, summer cottages), agricultural, industrial purposes, can be used as building or facing material for walls and roofs of the aforementioned structures. Plastic solar collector is an environmentally friendly device for converting light energy into heat.

Claims

1. A solar collector comprising at least one monolithic translucent plastic panel with connecting elements for connecting to other panels, inside which are made channels for the coolant between two groups of cavities, and adjacent cavities in the group have one common wall, input and output collectors, as well as coolant characterized in that two adjacent channels for the coolant have one common wall, the cavities are sealed and filled with argon, the input and output collectors, as well as the channels are made with possible the ability to ensure the same path of the coolant through all channels from the entrance to the exit of the solar collector, and antifreeze in the form of a gel or liquid with dispersed nanocarbon particles, as well as impurities in the form of soot and graphene, comprising ≈1% of the coolant, are used as the coolant.

2. The solar collector according to claim 1, characterized in that the front surface of the panel has a transparent wear-resistant coating, and / or the rear surface of the panel has a mirror coating.

3. The solar collector according to claim 1 or 2, characterized in that carbon nanotubes are used as nanocarbon.