RU2053459C1

RU2053459C1 - Solar collector

Info

Publication number: RU2053459C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Валентинович Смирнов; Вячеслав Вадимович Мойсеенко; Юрий Александрович Вовчук; Сергей Викторович Устименко
Original assignee: Сергей Валентинович Смирнов; Вячеслав Вадимович Мойсеенко; Юрий Александрович Вовчук; Сергей Викторович Устименко
Priority date: 1992-06-30
Filing date: 1992-06-30
Publication date: 1996-01-27

Abstract

FIELD: power engineering. SUBSTANCE: solar collector has heat-absorbing element 1, transparent upper coating 2, heat-insulated bottom 3 and side walls 4 with channels 5 filled with liquid. When intermittent solar radiation supply occurs, channels 5 are filled with liquid through openings 6 to increase heat-capacitance of solar collector and change heating-cooling dynamics. As a result switch on - switch off frequency providing proper circulation of liquid through solar collector is decreased and heat-carrier temperature at heat-absorbing element output is equalized. Channels 5 are also filled with liquid in case wind load is intensified. Increased weight of solar collector increase its resistance against wind actions. EFFECT: increased efficiency by reduced number of switch on-switch off operations. 2 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, а конкретно к солнечным коллекторам. The invention relates to solar technology, and in particular to solar collectors.

Известен солнечный коллектор, содержащий тепловоспринимающий элемент, теплоизолированное днище и боковые стенки. A known solar collector containing a heat-sensing element, a thermally insulated bottom and side walls.

Недостатком такой конструкции является излишняя масса солнечного коллектора, обусловленная толщиной сплошной боковой стенки. The disadvantage of this design is the excessive mass of the solar collector, due to the thickness of the solid side wall.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является солнечный коллектор, содержащий тепловоспринимающий элемент, теплоизолированное днище и боковые стенки, содержащие полости, облегчающие изготовление и уменьшающие массу солнечного коллектора. Малая масса конструкции является преимуществом для производства (меньше расход материалов), транспортировки и монтажа солнечного коллектора. Однако при эксплуатации солнечного коллектора при значительных ветровых нагрузках, вызывающих аэродинамическое воздействие, малая масса может стать причиной разрушения солнечного коллектора. Также следует отметить, что малая приведенная теплоемкость, соответствующая малой массе является преимуществом при достаточно регулярном поступлении солнечного излучения. При прерывистом поступлении солнечного излучения в течение дня малая приведенная теплоемкость солнечного коллектора вызывает износ насоса, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя через коллектор, за счет повышенной частоты коммутации (включения-выключения). The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a solar collector containing a heat-sensing element, a heat-insulated bottom and side walls containing cavities that facilitate manufacture and reduce the mass of the solar collector. The low weight of the structure is an advantage for production (less material consumption), transportation and installation of the solar collector. However, during operation of the solar collector with significant wind loads causing aerodynamic effects, a small mass can cause the destruction of the solar collector. It should also be noted that a small reduced heat capacity corresponding to a small mass is an advantage with a fairly regular supply of solar radiation. If the solar radiation is intermittent during the day, the small reduced heat capacity of the solar collector causes wear on the pump, which circulates the coolant through the collector, due to the increased switching frequency (on-off).

Цель изобретения улучшение регулирования теплопроизводительности и повышение эксплуатационной надежности за счет изменения массы и приведенной теплоемкости солнечного коллектора. The purpose of the invention is to improve the regulation of heat production and increase operational reliability due to changes in mass and reduced heat capacity of the solar collector.

В солнечном коллекторе, содержащем тепловоспринимающий элемент, теплоизолированное днище и боковые стенки, содержащие полости, поставленная цель достигается тем, что в боковых стенках выполнены проточные заполняемые жидкостью каналы, образующие замкнутый контур, снабженный отверстиями для входа и выхода жидкости. Каналы в боковых стенках могут образовывать по меньшей мере два раздельных контура с раздельными входами и выходами, причем один из контуров объединяет каналы в боковых стенках, располагающиеся ниже поглощающей панели. In a solar collector containing a heat-receiving element, a heat-insulated bottom and side walls containing cavities, the goal is achieved by the fact that flow-through channels filled with liquid are made in the side walls, forming a closed circuit, equipped with openings for liquid inlet and outlet. The channels in the side walls can form at least two separate circuits with separate inputs and outputs, and one of the circuits combines channels in the side walls located below the absorbing panel.

Не выявлено известных технических решений, которым отличительные признаки заявляемой конструкции придавали бы свойства идентичные или эквивалентные свойствам, придаваемым заявляемому. There are no known technical solutions to which the distinguishing features of the claimed design would impart properties identical or equivalent to the properties attached to the claimed.

Предлагаемая конструкция обеспечивает возможность изменения массы и приведенной теплоемкости солнечного коллектора при эксплуатации, не увеличивая при этом расхода материалов при производстве, сохраняя малую массу при транспортировке и монтаже. Это достигается тем, что проточные каналы в боковой стенке обеспечивают заполнение солнечного коллектора дополнительно жидкостью. The proposed design provides the ability to change the mass and reduced heat capacity of the solar collector during operation, without increasing the consumption of materials during production, while maintaining a small mass during transportation and installation. This is achieved by the fact that the flow channels in the side wall provide additional solar fluid to the solar collector.

Заполнение жидкостью каналов в боковых стенках после того, как коллектор установлен и смонтирован, увеличивает его устойчивость к ветровым нагрузкам и тем самым повышает эксплуатационную надежность и безопасность. Каналы в боковых стенках позволяют влиять также и на приведенную теплоемкость солнечного коллектора, обеспечивая режим работы с повышенной теплоемкостью. В условиях прерывистого поступления солнечного излучения режим работы солнечного коллектора с повышенной теплоемкостью улучшает режим работы циркуляционного насоса, обеспечивающего расход теплоносителя через коллектор, уменьшая число включений-выключений в этот период, выравнивает температуру на выходе из солнечного коллектора. Filling the channels with liquid in the side walls after the collector is installed and mounted increases its resistance to wind loads and thereby increases operational reliability and safety. The channels in the side walls also allow you to influence the reduced heat capacity of the solar collector, providing a mode of operation with increased heat capacity. Under conditions of intermittent solar radiation, the operating mode of the solar collector with increased heat capacity improves the operation of the circulation pump, which ensures the flow of coolant through the collector, reducing the number of on-offs during this period, equalizes the temperature at the outlet of the solar collector.

В отсутствие значительных ветровых нагрузок, при регулярном поступлении солнечного излучения или при демонтаже проточные каналы с отверстиями для входа и выхода позволяют провести опорожнение и обеспечить малую массу и приведенную теплоемкость солнечного коллектора более предпочтительную в этих условиях. In the absence of significant wind loads, with regular solar radiation or during dismantling, flow channels with inlets and outlets allow emptying and provide a small mass and reduced heat capacity of the solar collector more preferable under these conditions.

Для разделения функций повышения эксплуатационной надежности и регулирования приведенной теплоемкости целесообразно разделить проточные каналы в боковых стенках на два или более контуров. Один из этих контуров образуется из каналов, расположенных ниже поглощающей панели и решает лишь задачу увеличения массы. Каналы этого контура практически не влияют на приведенную теплоемкость солнечного коллектора, поскольку тепловое взаимодействие с нагретой панелью и воздушным зазором идет через слой тыльной теплоизоляции, препятствующей такому взаимодействию. Каналы, расположенные выше поглощающей панели, образуют контур или контуры, оказывающие влияние на приведенную теплоемкость. To separate the functions of increasing operational reliability and regulating the reduced heat capacity, it is advisable to divide the flow channels in the side walls into two or more circuits. One of these circuits is formed from channels located below the absorbing panel and solves only the problem of increasing mass. The channels of this circuit practically do not affect the reduced heat capacity of the solar collector, since the thermal interaction with the heated panel and the air gap goes through a layer of rear thermal insulation that prevents this interaction. The channels located above the absorbing panel form a circuit or circuits that affect the reduced heat capacity.

На фиг. 1 показан солнечный коллектор с тепловоспринимающим элементом панельного типа в аксонометрии с поперечным разрезом; на фиг.2 солнечный коллектор с тепловоспринимающим элементом панельного типа в аксонометрии с поперечным разрезом с двумя раздельными контурами каналов в боковых стенках. In FIG. 1 shows a solar collector with a heat-receiving element of a panel type in a perspective view with a cross section; in Fig.2 a solar collector with a heat-sensitive element of a panel type in a perspective view with a cross section with two separate contours of the channels in the side walls.

Солнечный коллектор содержит тепловоспринимающий элемент 1, прозрачное верхнее покрытие 2, теплоизолированное днище 3 и боковые стенки 4. В боковых стенках 4 выполнены проточные каналы 5, образующие замкнутый заполняющий контур, снабженный отверстиями для входа 6 и выхода 7 жидкости. Число отверстий для входа 6 и выхода 7 соответствует числу контуров, на которое разбиты каналы 5. На фиг.1, где все каналы 5 объединены в единый контур, одно входное отверстие 6 и одно выходное 7. На фиг.2, где каналы 5 разделены на два контура, соответственно имеется два входных 6 и два выходных 7 отверстия. Каналы 8, расположенные на уровне поглощающей панели и выше, образуют один контур заполнения каналов в боковых стенках жидкостью. Каналы 9, расположенные ниже поглощающей панели, образуют второй контур заполнения каналов в боковых стенках жидкостью. The solar collector contains a heat-absorbing element 1, a transparent upper coating 2, a thermally insulated bottom 3 and side walls 4. In the side walls 4 there are flow channels 5 forming a closed filling circuit, provided with openings for the inlet 6 and the outlet 7 of the liquid. The number of holes for input 6 and output 7 corresponds to the number of circuits into which channels 5 are divided. In FIG. 1, where all channels 5 are combined into a single circuit, one inlet 6 and one output 7. In FIG. 2, where channels 5 are divided on two circuits, respectively, there are two input 6 and two output 7 holes. The channels 8, located at the level of the absorbing panel and above, form one contour of filling the channels in the side walls with liquid. The channels 9 located below the absorbing panel form a second circuit for filling the channels in the side walls with liquid.

Солнечный коллектор предлагаемой конструкции работает следующим образом. The solar collector of the proposed design works as follows.

Солнечное излучение поступает на наружную поверхность тепловоспринимающего элемента 1. Солнечное излучение, поступающее к элементу 1, превращается в полезную теплоту и отводится из коллектора нагретым теплоносителем, циркулирующим в тепловоспринимающем элементе 1. Динамика разогрева и охлаждения солнечного коллектора зависит от массы и теплоемкости элементов его составляющих. Solar radiation enters the outer surface of the heat-receiving element 1. Solar radiation entering the element 1 is converted into usable heat and removed from the collector by the heated heat carrier circulating in the heat-receiving element 1. The dynamics of heating and cooling of the solar collector depend on the mass and heat capacity of the elements of its components.

При постоянном поступлении солнечного излучения и отсутствии ветровой нагрузки проточные каналы 5 находятся в опорожненном состоянии. Масса и приведенная теплоемкость коллектора минимальны, и коллектор быстро нагревается до рабочей температуры Т_р.With a constant supply of solar radiation and the absence of wind load, the flow channels 5 are in an empty state. The mass and reduced heat capacity of the collector are minimal, and the collector quickly heats up to operating temperature T _r .

Рабочая температура может быть задана из условий нагрева: 40^оС для горячего водоснабжения, 70^оС для низкотемпературного отопления, и т.п. При аккумулировании производимого солнечным коллектором тепла рабочая температура определяется как температура в аккумуляторе плюс 1,5-2^оС.Operating temperature can be set from the conditions of heating: 40 ^{° C} for hot water, 70 ° ^C for low-temperature heating, etc. When the accumulation of the heat produced by solar collector operating temperature defined as the temperature in the battery plus 1.5-2 ^C.

Только при достижении рабочей температуры Т_р имеет смысл циркуляция теплоносителя через теплопоглощающий элемент 1. Циркуляция теплоносителя через теплопоглощающий элемент 1 прекращается, если температура элемента 1 падает ниже рабочей.Only when the operating temperature T _r is reached, does it make sense to circulate the coolant through the heat-absorbing element 1. The circulation of the coolant through the heat-absorbing element 1 stops if the temperature of the element 1 falls below the working temperature.

При прерывистом поступлении солнечного излучения каналы 5 через отверстия 6 заполняются жидкостью и увеличивают приведенную теплоемкость солнечного коллектора, изменяя динамику нагрева-охлаждения. В результате при прерывистом поступлении солнечного излучения уменьшается число включений-выключений циркуляции через солнечный коллектор. Заполнение каналов 5 жидкостью производится также и при усилении ветровой нагрузки. Увеличение массы солнечного коллектора увеличивает его устойчивость к ветровому воздействию. With intermittent solar radiation, the channels 5 through the holes 6 are filled with liquid and increase the reduced heat capacity of the solar collector, changing the dynamics of heating and cooling. As a result, with intermittent solar radiation, the number of on / off circulation through the solar collector decreases. Filling the channels 5 with liquid is also carried out with increasing wind load. An increase in the mass of the solar collector increases its resistance to wind.

Выход из режима повышенной массы и теплоемкости осуществляется после окончания упомянутых условий путем опорожнения каналов 5 в боковых стенках 4 через выходное отверстие 7. The exit from the mode of increased mass and heat capacity is carried out after the end of the mentioned conditions by emptying the channels 5 in the side walls 4 through the outlet 7.

Если каналы в боковых стенках 4 разделены на каналы 9, лежащие ниже поглощающей панели, и каналы 8, располагающиеся на уровне тепловоспринимающего элемента 1 и выше, то для регулирования приведенной теплоемкости заполняются-опорожняются только каналы 8, имеющие отдельные отверстия 6, 7 для входа и выхода. Каналы 9 заполняются с целью увеличения массы для противостояния ветровой нагрузке. If the channels in the side walls 4 are divided into channels 9, lying below the absorbing panel, and channels 8, located at the level of the heat-receiving element 1 and above, then to control the reduced heat capacity, only channels 8 having separate openings 6, 7 for entry and are filled and emptied exit. Channels 9 are filled with the aim of increasing the mass to withstand the wind load.

Использование предлагаемой конструкции солнечного коллектора позволяет повысить эксплуатационную надежность и регулируемость солнечной установки. Using the proposed design of the solar collector can improve the operational reliability and adjustable solar installation.

Claims

A SUNNY COLLECTOR comprising a body with a heat-insulated bottom and side walls and a heat-receiving element installed in the body, and cavities are made in the walls of the body, characterized in that the cavities are made in the form of fluid-filled flow channels combined into one or two circuits closed around the perimeter of the body, provided openings for fluid inlet and outlet, while combining the channels into two circuits, the channels of one of the circuits are located above the heat-absorbing element, and the other is lower.