RU192396U1 - DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR - Google Patents

DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR Download PDF

Info

Publication number
RU192396U1
RU192396U1 RU2019105271U RU2019105271U RU192396U1 RU 192396 U1 RU192396 U1 RU 192396U1 RU 2019105271 U RU2019105271 U RU 2019105271U RU 2019105271 U RU2019105271 U RU 2019105271U RU 192396 U1 RU192396 U1 RU 192396U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
absorber
bulb
channel
tube
Prior art date
Application number
RU2019105271U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Валентинович Алексеев
Виталий Владимирович Апенышев
Виктор Сергеевич Белоусов
Игорь Анатольевич Губаревич
Анна Сергеевна Корнилова
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Самарские инженерные лаборатории"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Самарские инженерные лаборатории" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Самарские инженерные лаборатории"
Priority to RU2019105271U priority Critical patent/RU192396U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU192396U1 publication Critical patent/RU192396U1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24SSOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/40Solar heat collectors using working fluids in absorbing elements surrounded by transparent enclosures, e.g. evacuated solar collectors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44Heat exchange systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для энергоснабжения объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения. В конструкции теплообменника солнечного вакуумного коллектора, включающего трубку коллектора, выполненную в виде стеклянной колбы, имеющей внешнюю и внутреннюю стенки, а также центральную полость колбы, образованную поверхностью внутренней стенки, причем пространство между внешней и внутренней стенками заполнено вакуумом, а внутри центральной полости колбы размещен тепловой абсорбер, внутри которого в контакте с ним закреплен тепловой канал, в качестве теплового канала используют U-образную стеклянную трубку, в качестве теплоносителя используют воздух, в качестве теплового абсорбера используют размещенные на тепловом канале цилиндрические шайбы из талькохлорита, а стеклянная колба размещена внутри защитного алюминиевого цилиндра, имеющего продольную щель вдоль поверхности, через которую осуществляют нагрев теплового абсорбера сфокусированным световым пучком размещенной над цилиндром линзы Френеля. Полезная модель направлена на увеличение максимальной температуры нагрева теплового абсорбера и увеличение продолжительности отдачи тепловому каналу тепла, накопленного тепловым абсорбером. 2 ил.1 табл.The utility model relates to the field of thermal energy and is intended for energy supply of agricultural and individual facilities. In the design of the heat exchanger of the solar vacuum collector, including the collector tube, made in the form of a glass bulb having an external and internal wall, as well as the central cavity of the bulb formed by the surface of the inner wall, the space between the outer and inner walls being filled with vacuum, and placed inside the central cavity of the bulb thermal absorber, inside which a heat channel is fixed in contact with it, use a U-shaped glass tube as a heat channel, as a heat carrier I use air, as a heat absorber, use talc chlorite cylindrical washers placed on the heat channel, and a glass bulb is placed inside a protective aluminum cylinder having a longitudinal slit along the surface through which the heat absorber is heated by a focused light beam placed above the cylinder of the Fresnel lens. The utility model is aimed at increasing the maximum heating temperature of the heat absorber and increasing the duration of the return to the heat channel of the heat accumulated by the heat absorber. 2 ill. 1 tab.

Description

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для энергоснабжения объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения.The utility model relates to the field of thermal energy and is intended for energy supply of agricultural and individual facilities.

Известна конструкция солнечного коллектора, содержащая вакуумную трубку, выполненную из двух трубок, одна из них, внутренняя, вставлена во внешнюю с большим диаметром, причем вакуумная трубка снабжена отражающим элементом, регулирующим ее тепловую мощность и выполненным в виде пластины из непрозрачного теплостойкого и стойкого к ультрафиолету материала, установленной на наружной поверхности одной из сторон внешней трубки параллельно оси вакуумной трубки и с возможностью поворота вокруг нее, или отражающим элементом вакуумной трубки, выполненным в виде полосы, нанесенной на наружную поверхность внутренней трубки. Вакуумная трубка солнечного коллектора может устанавливаться с возможностью поворота вокруг своей оси (Патент РФ №2527220 от 25.10.2012 г.)[3].A known design of the solar collector containing a vacuum tube made of two tubes, one of them, the inner one, is inserted into the outer one with a large diameter, the vacuum tube having a reflective element that regulates its thermal power and is made in the form of a plate of opaque heat-resistant and UV resistant material installed on the outer surface of one of the sides of the outer tube parallel to the axis of the vacuum tube and with the possibility of rotation around it, or a reflective element of the vacuum tube, made in the form of a strip deposited on the outer surface of the inner tube. The vacuum tube of the solar collector can be installed with the possibility of rotation around its axis (RF Patent No. 2527220 of 10.25.2012) [3].

К недостаткам указанной конструкции следует отнести необходимость дополнительного оснащения вакуумной трубки механизмом, обеспечивающим периодическое перемещение отражающих элементов вокруг вакуумной трубки. Все это значительно удорожает конструкцию, а также исключает использование стандартных серийно выпускаемых вакуумных трубок.The disadvantages of this design include the need for additional equipment of the vacuum tube with a mechanism for the periodic movement of reflective elements around the vacuum tube. All this significantly increases the cost of the design, and also eliminates the use of standard commercially available vacuum tubes.

Известна также конструкция теплообменника, содержащего вакуумную трубку с наружной стенкой и внутренней стенкой и расположенный внутри вакуумной трубки вдоль ее длины (соосно с ней) узел съема тепла, состоящий из коаксиально расположенных трубок, причем между наружной поверхностью узла съема тепла и внутренней поверхностью вакуумной трубки размещены теплопроводные элементы, выполненные с опорой на внешнюю стенку узла съема тепла (или прикрепленные к указанной внешней стенке) и прижатые с предварительным напряжением к внутренней стенке вакуумной трубки (Патент РФ №2382294 от 15.03.2005 г.)[4].Also known is the design of a heat exchanger containing a vacuum tube with an outer wall and an inner wall and located inside the vacuum tube along its length (coaxial with it) is a heat removal unit, consisting of coaxially arranged tubes, and between the outer surface of the heat removal unit and the inner surface of the vacuum tube heat-conducting elements supported by the external wall of the heat removal unit (or attached to the specified external wall) and pressed with prestress to the internal wall e vacuum tube (RF Patent №2382294 of 15.03.2005 r.) [4].

К недостаткам указанной конструкции следует отнести сложность сборки элементов теплообменника, обусловленную необходимостью прецизионного размещения теплопроводных элементов внутри вакуумной трубки. Все это приводит к увеличению эксплуатационных расходов конструкции теплообменника.The disadvantages of this design include the complexity of the assembly of the heat exchanger elements, due to the need for precision placement of heat-conducting elements inside the vacuum tube. All this leads to an increase in operating costs of the design of the heat exchanger.

Известен также теплообменник солнечного вакуумного коллектора, включающий трубку коллектора, выполненную в виде стеклянной колбы, имеющей внешнюю и внутреннюю стенки, а также центральную полость колбы, образованную поверхностью внутренней стенки, причем пространство между внешней и внутренней стенками заполнено вакуумом, а внутри центральной полости колбы размещен абсорбер тепла, внутри которого в контакте с ним закреплен прямоточный тепловой U-образный канал (медная тонкостенная трубка), в качестве теплоносителя, нагреваемого абсорбером, используется вода, а в качестве абсорбера тепла используют алюминиевую цилиндрическую вставку, на внутренней стенке которой и закреплен U-образный канал (Вакуумный трубчатый коллектор «Meibes MVK 001»; - URL: http://www.meibes.ru/system/documents/files/000/001/502/original/ Meibes_Flamco_2015_188.pdf?1435963598.)[5].A heat exchanger of a solar vacuum collector is also known, including a collector tube made in the form of a glass flask having an outer and inner wall, as well as a central bulb cavity formed by the surface of the inner wall, the space between the outer and inner walls being filled with vacuum, and placed inside the central cavity of the bulb heat absorber, inside which a direct-flow thermal U-shaped channel (copper thin-walled tube) is fixed in contact with it, as a heat carrier, heated absorber Emer, water is used, and an aluminum cylindrical insert is used as a heat absorber, on the inner wall of which a U-shaped channel is fixed (Vacuum tube collector “Meibes MVK 001”; - URL: http://www.meibes.ru/system/ documents / files / 000/001/502 / original / Meibes_Flamco_2015_188.pdf? 1435963598.) [5].

Солнечный коллектор представляет собой набор из вакуумных стеклянных трубок с абсорбером (алюминиевой цилиндрической вставкой), внутри каждой вакуумной трубки располагается U-образный прямоточный теплообменник. По теплообменнику протекает теплоноситель (в данной конструкции - вода), который и получает тепло от нагреваемого солнечной энергией абсорбера. Для большей концентрации солнечных лучей вакуумные трубки смонтированы на зеркальной подложке.The solar collector is a set of vacuum glass tubes with an absorber (aluminum cylindrical insert), inside each vacuum tube there is a U-shaped direct-flow heat exchanger. A heat carrier flows through the heat exchanger (in this design - water), which receives heat from the absorber heated by solar energy. For a greater concentration of sunlight, vacuum tubes are mounted on a mirror substrate.

Цилиндрическая форма трубок позволяет по максимуму собирать солнечные лучи, которые в любое время дня и года направлены перпендикулярно к оси трубки - это значительно повышает эффективность работы всей системы и позволяет даже при очень слабом солнечном освещении нагревать воду в системе горячего водоснабжения.The cylindrical shape of the tubes allows you to maximize the collection of sunlight, which at any time of the day or year is directed perpendicular to the axis of the tube - this greatly increases the efficiency of the entire system and allows even in very weak sunlight to heat the water in the hot water system.

Каждый отдельный блок солнечного коллектора подключается (посредством фитинговых соединений) к коллектору (манифолду) который и транслирует нагретый теплоноситель к накопителю тепла (емкости-аккумулятору), имеющему теплообменник. В этой емкости и происходит дальнейшая отдача энергии теплоносителя внешним потребителям тепла.Each individual block of the solar collector is connected (via fitting connections) to the collector (manifold) which transmits the heated coolant to a heat storage device (storage tank) having a heat exchanger. In this capacity, further transfer of heat carrier energy to external heat consumers occurs.

Наибольшую эффективность солнечная панель показывает при ярком дне, когда преобладают ультрафиолетовые лучи. В облачную погоду коллектор в основном работает на инфракрасном излучении, которое менее мощное, но при этом коллектор будет в силах поддерживать воду в нужных температурных режимах.The solar panel shows the greatest efficiency with a bright day, when ultraviolet rays prevail. In cloudy weather, the collector mainly runs on infrared radiation, which is less powerful, but the collector will be able to maintain water in the right temperature conditions.

Недостатком настоящего технического решения является то, что коллекторы, использующие прямоточные тонкостенные медные U-трубки, не могут работать под высоким давлением, быстро теряют накопленное тепло и обеспечивают качественную теплоотдачу теплоносителю только в период теплого сезона.The disadvantage of this technical solution is that collectors using direct-flow thin-walled copper U-tubes cannot work under high pressure, quickly lose accumulated heat and provide high-quality heat transfer to the coolant only during the warm season.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является конструкция теплообменника вакуумного солнечного коллектора, включающего трубку солнечного коллектора, выполненную в виде стеклянной колбы, которая имеет внешнюю и внутреннюю стенки, а также центральную полость, образованную поверхностью внутренней стенки, причем пространство между внешней и внутренней стенками заполнено вакуумом, а внутри центральной полости колбы с помощью пробки конструктивно закреплена медная тепловая трубка (термотрубка). При этом сама центральная полость колбы вокруг тепловой медной трубки заполнена. Для обеспечения более длительного периода работы системы внутренняя полость трубки (а именно пространство вокруг тепловой трубки, которая размещена во внутренней полости колбы), заполняется тепловым абсорбером (8) - теплоаккумулирующим веществом (алюминиевой пудрой). Заполнение внутреннего пространства колбы теплоаккумулирующим веществом таково, что внешняя поверхность тепловой медной трубки полностью соприкасается и окружена данным веществом, причем указанное вещество полностью прилегает к внутренней поверхности внутренней стенки стеклянной колбы. Задачей этого вещества является накопление в своей массе тепловой энергии в то время, когда трубка находится в рабочем состоянии, т.е. освещена солнцем. Количество накапливаемой энергии будет определяться произведением массы теплоаккумулирующего вещества на его удельную теплоемкость.Closest to the claimed technical solution is the design of the heat exchanger of the vacuum solar collector, including the solar collector tube, made in the form of a glass bulb, which has an outer and inner wall, as well as a central cavity formed by the surface of the inner wall, and the space between the outer and inner walls is filled with vacuum and inside the central cavity of the flask with the help of a stopper a copper heat pipe (heat pipe) is structurally fixed. In this case, the central cavity of the flask around the heat copper tube is filled. To ensure a longer period of operation of the system, the internal cavity of the tube (namely, the space around the heat pipe, which is located in the inner cavity of the bulb) is filled with a thermal absorber (8) - a heat-accumulating substance (aluminum powder). The filling of the inner space of the flask with a heat-accumulating substance is such that the outer surface of the heat copper tube is completely in contact and surrounded by this substance, moreover, this substance is completely adjacent to the inner surface of the inner wall of the glass bulb. The objective of this substance is the accumulation in its mass of thermal energy at a time when the tube is in working condition, i.e. lit by the sun. The amount of accumulated energy will be determined by the product of the mass of the heat-accumulating substance by its specific heat capacity.

После прекращения освещения трубки солнечным светом и, соответственно, прекращения поступления энергии извне, накопленная в теплоаккумулирующем веществе энергия будет передаваться через тепловую трубку теплоносителю, обеспечивая тем самым процесс работы всей системы.After the tube is stopped illuminated by sunlight and, accordingly, the external energy is stopped, the energy accumulated in the heat-accumulating substance will be transferred through the heat pipe to the coolant, thereby ensuring the operation of the entire system.

Трубка с аккумулятором тепла сохраняет свою работоспособность и при отсутствии солнца, а значит, позволяет сохранить работоспособность всей гелиосистемы без солнца определенное количество времени.A tube with a heat accumulator maintains its operability even in the absence of sun, which means that it helps to maintain the operability of the entire solar system without the sun for a certain amount of time.

К недостаткам рассмотренного технического решения следует отнести невысокую тепловую энергоэффективность конструкции теплообменника, обусловленную тем, что теплообменник быстро теряет накопленное тепло, и обеспечивают приемлемый уровень теплоотдачи теплоносителю в основном только в период теплого сезона.The disadvantages of the considered technical solution include the low thermal energy efficiency of the design of the heat exchanger, due to the fact that the heat exchanger quickly loses the accumulated heat, and provide an acceptable level of heat transfer to the coolant mainly only during the warm season.

С другой стороны, используемый в качестве теплоносителя этиленгликоль имеет температуру кипения 197,3°С, и в целях безопасности эксплуатации солнечного коллектора (предотвращение взрыва тепловой трубки из-за закипания теплоносителя) температура абсорбера тепла теплообменника принудительно ограничивается этой величиной.On the other hand, ethylene glycol used as a heat carrier has a boiling point of 197.3 ° C, and for the purpose of safe operation of the solar collector (to prevent the heat pipe from exploding due to boiling of the heat carrier), the temperature of the heat exchanger absorber is forcibly limited to this value.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение максимальной температуры нагрева теплового абсорбера и увеличение продолжительности отдачи тепловому каналу тепла, накопленного тепловым абсорбером.The problem to which the claimed technical solution is directed is to increase the maximum heating temperature of the heat absorber and increase the duration of the return to the heat channel of the heat accumulated by the heat absorber.

Это достигается за счет того, что в конструкции теплообменника солнечного вакуумного коллектора, включающей трубку коллектора, выполненную в виде стеклянной колбы, имеющей внешнюю и внутреннюю стенки, а также центральную полость колбы, образованную поверхностью внутренней стенки, причем пространство между внешней и внутренней стенками заполнено вакуумом, а внутри центральной полости колбы размещен тепловой абсорбер, внутри которого в контакте с ним закреплен тепловой канал, характеризующейся тем, что в качестве теплового канала используют U-образную стеклянную трубку, в качестве теплоносителя используют воздух, в качестве теплового абсорбера используют размещенные на тепловом канале цилиндрические шайбы из талькохлорита, а стеклянная колба размещена внутри защитного алюминиевого цилиндра, имеющего продольную щель вдоль поверхности, через которую осуществляют нагрев теплового абсорбера сфокусированным световым пучком размещенной над цилиндром линзы Френеля.This is achieved due to the fact that in the design of the heat exchanger of the solar vacuum collector, including the collector tube, made in the form of a glass bulb having an outer and inner wall, as well as a central bulb cavity formed by the surface of the inner wall, the space between the outer and inner walls being filled with vacuum and a thermal absorber is placed inside the central cavity of the flask, inside of which a heat channel is fixed in contact with it, characterized in that it uses a heat channel They use a U-shaped glass tube, air is used as a heat carrier, cylindrical washers made of talchochlorite placed on a heat channel are used as a heat absorber, and a glass bulb is placed inside a protective aluminum cylinder having a longitudinal slit along the surface through which the heat absorber is heated by a focused light a beam of Fresnel lens placed above the cylinder.

Технический результат заключается в увеличении максимальной температуры нагрева теплового абсорбера и увеличении продолжительности отдачи тепловому каналу тепла, накопленного тепловым абсорбером.The technical result consists in increasing the maximum heating temperature of the heat absorber and increasing the duration of the return to the heat channel of the heat accumulated by the heat absorber.

Элементы конструкции теплообменника заявляемой полезной модели и последовательность основных операций сборки теплообменника (схематично) приведены на чертеже (фиг.2), где:The structural elements of the heat exchanger of the claimed utility model and the sequence of basic assembly operations of the heat exchanger (schematically) are shown in the drawing (figure 2), where:

1 - вакуумная трубка (стеклянная колба);1 - vacuum tube (glass flask);

4 - наружная стенка вакуумной трубки;4 - the outer wall of the vacuum tube;

6 - тепловой канал (U-образная стеклянная трубка);6 - heat channel (U-shaped glass tube);

7 - пробка;7 - cork;

8 - тепловой абсорбер (пакет шайб из талькохлорита);8 - thermal absorber (a package of washers of talclochlorite);

9 - сквозные отверстия в шайбах под тепловой канал;9 - through holes in the washers for the heat channel;

10 - пружинящая цилиндрическая скоба;10 - spring cylindrical bracket;

11 - алюминиевый цилиндр;11 - an aluminum cylinder;

12 - продольная щель.12 - longitudinal slit.

В качестве вакуумной трубки (1) использовалась серийно выпускаемая вакуумная трубка фирмы «Shentai» модели VTUBE_58/1800_EM [7]:As a vacuum tube (1), a commercially available vacuum tube of the Shentai company model VTUBE_58 / 1800_EM [7] was used:

- длина трубки 1800 мм;- tube length 1800 mm;

- внутренний диаметр 58 мм;- inner diameter 58 mm;

- абсорбирующее покрытие наружной поверхности внутренней стенки вакуумной трубки: SS-CU-AIN/ALN.- absorbent coating of the outer surface of the inner wall of the vacuum tube: SS-CU-AIN / ALN.

В качестве теплового канала (6) использовалась стандартная U-образная стеклянная трубка из боросиликатного стекла, толщина стенки трубки - 1 мм, наружный диаметр - 18 мм. Расстояние между осями параллельных плеч U-образной стеклянной трубки - 25 мм.As a heat channel (6), a standard U-shaped glass tube made of borosilicate glass was used, the tube wall thickness was 1 mm, and the outer diameter was 18 mm. The distance between the axes of the parallel shoulders of the U-shaped glass tube is 25 mm.

- конструкция теплового канала изготовлена из стекла вместо дорогостоящего материала - меди;- the design of the heat channel is made of glass instead of the expensive material - copper;

- в качестве энергоносителя теплового канала вместо токсичного этиленгликоля используется дешевое и безопасное вещество - воздух.- instead of toxic ethylene glycol, a cheap and safe substance - air, is used as the energy carrier of the heat channel.

Однако основным преимуществом конструкции является использование в качестве теплового абсорбера цилиндрических шайб из талькохлорита вместо алюминиевой пудры.However, the main advantage of the design is the use as a thermal absorber of cylindrical talc chloride chlorine washers instead of aluminum powder.

Figure 00000001
Figure 00000001

Из таблицы видно, что практически при тождественных величинах плотности и удельной теплоемкости материалов абсорбера заявляемая полезная модель характеризуется более низкой теплопроводностью по сравнению с прототипом.The table shows that almost at identical values of the density and specific heat of the absorber materials, the claimed utility model is characterized by lower thermal conductivity compared to the prototype.

Следствием этого является более медленный процесс отдачи тепла абсорбером, т.е. большая длительность сохранения накопленного теплообменником количества тепла.The consequence of this is a slower process of heat transfer by the absorber, i.e. long duration of storage of heat accumulated by the heat exchanger.

Данный вывод подтверждается результатами сравнительных испытаний заявляемой конструкции с прототипом - теплообменником, изготовленным с использованием вакуумной трубки с тепловым каналом в виде коаксиальной медной трубки «Heat Pipe» (Патент РФ №171104 от 13.06.2016 г. – прототип) [6].This conclusion is confirmed by the results of comparative tests of the claimed design with a prototype - a heat exchanger made using a vacuum tube with a heat channel in the form of a coaxial copper tube “Heat Pipe” (RF Patent No. 171104 from 06/13/2016 - prototype) [6].

Испытания проводились в два этапа. На первом этапе определялись максимальные значения температур нагрева абсорберов тепла теплообменников прототипа и заявляемой полезной модели (ПР и ПМ соответственно).The tests were carried out in two stages. At the first stage, the maximum values of the heating temperatures of the heat absorbers of the heat exchangers of the prototype and the claimed utility model (PR and PM, respectively) were determined.

Теплообменники подвергались инсоляции (прямому солнечному облучению), при этом уровень инсоляции составлял ~(0,6÷10,7)кВт⋅ч/м2.The heat exchangers were insolated (direct sunlight), while the level of insolation was ~ (0.6 ÷ 10.7) kW )h / m 2 .

Теплообменник ПР подвергался прямому солнечному облучению и облучению отраженным солнечным светом от размещенного под ним полуцилиндрического зеркала, а теплообменник ПМ подвергался облучению сфокусированным световым пучком (от размещенной над цилиндром линзы Френеля) через щель в защитном алюминиевом цилиндре.The PR heat exchanger was exposed to direct solar radiation and reflected sunlight from a semi-cylindrical mirror placed under it, and the PM heat exchanger was irradiated with a focused light beam (from a Fresnel lens placed above the cylinder) through a gap in a protective aluminum cylinder.

Температура воздуха окружающей среды при инсоляции составляла 12°С±1°С. ри этом массы абсорберов тепла обеих конструкций были приблизительно одинаковы и составляли соответственно 9,6 кг и 7,9 кг.The ambient air temperature during insolation was 12 ° C ± 1 ° C. At the same time, the masses of the heat absorbers of both structures were approximately the same and amounted to 9.6 kg and 7.9 kg, respectively.

Испытания проводились в условиях, близких к режимам стационарного теплообмена: принудительный отбор накопленного в тепловых аккумуляторах тепла через тепловые каналы испытуемых теплообменников отсутствовал, а потери тепла за счет переизлучения через стенки вакуумных трубок были пренебрежимо малы и не оказывали существенного влияния на результаты испытаний.The tests were carried out under conditions close to stationary heat transfer modes: there was no forced selection of heat accumulated in the heat accumulators through the heat channels of the tested heat exchangers, and heat losses due to re-radiation through the walls of the vacuum tubes were negligible and did not significantly affect the test results.

Измеренное значение температура T1(пр) объекта ПР уже через ~2 часа достигла предельно допустимой величины ~200°С, после чего инсоляция объекта ПР была прекращена.The measured temperature T 1 (pr) of the PR object after ~ 2 hours reached the maximum permissible value of ~ 200 ° C, after which the insolation of the PR object was stopped.

Примерно через такое же время установился стационарный режим нагрева объекта ПМ. При этом максимальное значение температуры объекта Т(пм) достигло величины ~380°С, и в процессе дальнейшей инсоляции не увеличивалось.After about the same time, a stationary heating mode of the PM object was established. In this case, the maximum temperature of the object T (pm) reached ~ 380 ° C, and did not increase during further insolation.

На втором этапе испытаний определялось время, за которое происходит полное остывание тепловых абсорберов объектов ПР и ПМ от максимальных температур 200°С и 380°С до температуры окружающей среды, т.е. полная отдача накопленного тепловыми абсорберами тепловой энергии тепловым каналам объектов.At the second stage of the tests, the time was determined for which the thermal absorbers of the PR and PM objects completely cool from the maximum temperatures of 200 ° C and 380 ° C to the ambient temperature, i.e. full return of thermal energy accumulated by thermal absorbers to the thermal channels of objects.

Рассчитанные значения накопленной абсорберами тепловой энергии составили соответственно QПР=1793,3 кДж и QПМ=1875 кДж.The calculated values of the thermal energy accumulated by the absorbers were Q PR = 1793.3 kJ and Q PM = 1875 kJ, respectively.

Испытания проводились в помещении при температуре окружающей среды ТСР=20°С.The tests were carried out indoors at an ambient temperature of T CP = 20 ° C.

Измеренные значения длительности отдачи тепла объектами ПР и ПМ (т.е. остывание до температуры воздуха окружающей среды ТСР составили соответственно 2,0 часа и 3,9 часов.The measured values of the duration of heat transfer by the PR and PM objects (i.e., cooling to ambient temperature T SR amounted to 2.0 hours and 3.9 hours, respectively.

Результаты испытаний позволяют констатировать, что энергоэффективность теплообменника заявляемого технического решения существенно превышает энергоэффективность теплообменника прототипа: максимальная температуры нагрева теплового абсорбера увеличилась в 1,9 раза, при этом так же почти вдвое возросла продолжительность отдачи тепловому каналу тепла, накопленного тепловым абсорбером.The test results allow us to state that the energy efficiency of the heat exchanger of the claimed technical solution significantly exceeds the energy efficiency of the prototype heat exchanger: the maximum heating temperature of the heat absorber increased by 1.9 times, while the duration of the heat transfer to the heat channel accumulated by the heat absorber also almost doubled.

В известных науке и технике решениях аналогичной задачи не обнаружено использование в теплообменниках солнечного вакуумного коллектора для увеличения аккумуляции тепла в качестве теплового абсорбера цилиндрических шайб из талькохлорита.In the solutions of a similar problem known to science and technology, the use of a solar vacuum collector in heat exchangers to increase heat storage as a thermal absorber of talc chloride chlorine washers was not found.

Claims (1)

Конструкция теплообменника солнечного вакуумного коллектора, включающая трубку коллектора, выполненную в виде стеклянной колбы, имеющей внешнюю и внутреннюю стенки, а также центральную полость колбы, образованную поверхностью внутренней стенки, причем пространство между внешней и внутренней стенками заполнено вакуумом, а внутри центральной полости колбы размещен тепловой абсорбер, внутри которого в контакте с ним закреплен тепловой канал, характеризующаяся тем, что в качестве теплового канала используют U-образную стеклянную трубку, в качестве теплоносителя используют воздух, в качестве теплового абсорбера используют размещенные на тепловом канале цилиндрические шайбы из талькохлорита, а стеклянная колба размещена внутри защитного алюминиевого цилиндра, имеющего продольную щель вдоль поверхности, через которую осуществляют нагрев теплового абсорбера сфокусированным световым пучком размещенной над цилиндром линзы Френеля.The design of the heat exchanger of the solar vacuum collector, including the collector tube, made in the form of a glass flask having an outer and inner wall, as well as a central cavity of the bulb formed by the surface of the inner wall, the space between the outer and inner walls being filled with vacuum, and inside the central cavity of the bulb is placed a thermal an absorber inside which a heat channel is fixed in contact with it, characterized in that a U-shaped glass tube is used as a heat channel, air is used as a heat carrier, cylindrical washers of talcchlorite placed on a heat channel are used as a heat absorber, and a glass bulb is placed inside a protective aluminum cylinder having a longitudinal slit along the surface through which the heat absorber is heated by a focused light beam placed above the cylinder of the Fresnel lens.
RU2019105271U 2019-02-26 2019-02-26 DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR RU192396U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105271U RU192396U1 (en) 2019-02-26 2019-02-26 DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105271U RU192396U1 (en) 2019-02-26 2019-02-26 DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU192396U1 true RU192396U1 (en) 2019-09-16

Family

ID=67990280

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105271U RU192396U1 (en) 2019-02-26 2019-02-26 DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU192396U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU112363U1 (en) * 2011-08-25 2012-01-10 Игорь Олегович Плотницкий ABSORBER OF THE SUNNY COLLECTOR
RU115451U1 (en) * 2010-08-10 2012-04-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" SOLAR DESCRIPTION COLLECTOR
RU2460863C2 (en) * 2010-06-24 2012-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" Mobile solar house
RU171104U1 (en) * 2016-09-13 2017-05-22 Алексей Николаевич Жаринов SOLAR PIPE
WO2018083506A1 (en) * 2016-11-02 2018-05-11 Alexandros Papadopoulos Concentrating solar system of 3 suns for the simultaneous production of electrical, cooling and thermal energy for buildings

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460863C2 (en) * 2010-06-24 2012-09-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Государственный университет по землеустройству" Mobile solar house
RU115451U1 (en) * 2010-08-10 2012-04-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" SOLAR DESCRIPTION COLLECTOR
RU112363U1 (en) * 2011-08-25 2012-01-10 Игорь Олегович Плотницкий ABSORBER OF THE SUNNY COLLECTOR
RU171104U1 (en) * 2016-09-13 2017-05-22 Алексей Николаевич Жаринов SOLAR PIPE
WO2018083506A1 (en) * 2016-11-02 2018-05-11 Alexandros Papadopoulos Concentrating solar system of 3 suns for the simultaneous production of electrical, cooling and thermal energy for buildings

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Performance of solar mid-temperature evacuated tube collector for steam generation
US20110226308A1 (en) Solar energy hybrid module
WO2010140993A1 (en) Flow solar collector
WO2013164557A2 (en) Solar receiver with graphene foam thermal conduction core
EP2972004A1 (en) Optically transparent receiver tubes for concentrated solar power generation
Sadeghi et al. Progress of experimental studies on compact integrated solar collector-storage retrofits adopting phase change materials
CN103629829A (en) Stirling heat engine solar heat collector
Çağlar Design of a parabolic trough solar collector using a concentrator with high reflectivity
Pandya et al. Experimental study of V-through solar water heater for tilt angle and glass transmissivity
Senthil et al. Enhancement of uniform temperature distribution on the concentrated solar receiver with integrated phase change material
Saxena et al. Exergy analysis of evacuated tube solar collectors: a review
US11085424B2 (en) Solar power collection system and methods thereof
RU192396U1 (en) DESIGN OF THE HEAT EXCHANGER OF THE SOLAR VACUUM COLLECTOR
CN201779886U (en) Solar heat-collecting unit structure
Dheyab et al. Closed Solar Air Heater System Integrated with PCM (RT42 and RT50) in a Thermal Storage-Finned Heat Exchanger Unit
CN101963407A (en) Solar energy collection modular construction
CN106940093B (en) Solar heating system and solar power generation system using same
Azad Interconnected heat pipe solar collector
WO2009147651A2 (en) A solar energy generator
ES2411282B1 (en) CONFIGURATION OF RECEIVERS IN SOLAR TORRE CONCENTRATION PLANTS.
Cherian et al. Performance enhancement of solar water heater using compound parabolic reflector and numerical simulation of thermal losses
Patel et al. To improve the thermal performance of heat pipe in evacuated tube solar collector
Jaafar Performance of a Solar Water Flat Plate Collector Made from Locally Available Materials
CN219531243U (en) Solar heat collection device and heat collection equipment
Mallikarjuna et al. Performance of Different Nano Coating Tubes Used in Flat Plate Collector for Solar Water Heater Applications: Thermal Energy Option

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191021