RU2197687C2

RU2197687C2 - Solar absorber

Info

Publication number: RU2197687C2
Application number: RU2000124163/06A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Дударев; Е.Г. Куранов; В.И. Никитин; Г.Ф. Реш
Original assignee: Государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение машиностроения"
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2003-01-27

Abstract

FIELD: solar engineering for heating and hot-water supply systems using solar collectors. SUBSTANCE: solar absorber using water as heat- carrying agent has at least one liquid tube whose both ends are connected to collector tubes, at least one heat receiving panel, and one additional panel that covers gap between collector tube and butt-end of panel; each liquid tube is built of heat-conducting material integral with heat receiving panel; each collector tube is provided with flat inclined platform built integral with collector tube of material conducting heat throughout entire length of collector tube and used for securing additional panel; platform inclination angle is sufficient for additional panel to close gap between collector tube and butt-end of heat receiving panel. Liquid tubes are joined with collectors so that lower generating line of channel in each liquid tube is tangential to circumference of inner channel in top collector tube and upper generating line of each liquid tube is tangential to circumference of inner channel of bottom collector tube. EFFECT: enhanced service life of solar absorber and its operating efficiency using simple procedures. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих солнечные коллекторы. The invention relates to solar engineering and can be used in solar heating systems and hot water supply using solar collectors.

Солнечный абсорбер является главной составной частью солнечного коллектора, назначение которого преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию теплоносителя, протекающего через солнечный коллектор. The solar absorber is the main component of the solar collector, the purpose of which is the conversion of the energy of solar radiation into the thermal energy of the heat carrier flowing through the solar collector.

Солнечный абсорбер располагается в корпусе солнечного коллектора. Со стороны, обращенной к солнцу, поверхность солнечного абсорбера покрывается теплопоглощающим покрытием, например черной краской или селективным покрытием, и закрывается прозрачной изоляцией, закрепленной на корпусе. С противоположной стороны солнечного абсорбера и по его периметру между солнечным абсорбером и корпусом устанавливается теплоизоляция. The solar absorber is located in the housing of the solar collector. From the side facing the sun, the surface of the solar absorber is coated with a heat-absorbing coating, for example black paint or a selective coating, and covered with a transparent insulation mounted on the housing. Thermal insulation is installed on the opposite side of the solar absorber and along its perimeter between the solar absorber and the casing.

Известны и широко используются в конструкции таких солнечных коллекторов солнечные абсорберы, состоящие из одной или нескольких плоских теплоприемных металлических панелей. Со стороны, не обращенной к солнцу, к теплоприемным панелям прикрепляются металлические жидкостные трубы, внутри которых циркулирует жидкий теплоноситель, например вода. Для соединения жидкостных труб с теплоприемными панелями используются механические соединения, сварка, пайка (Р. Б. Байрамов, А.Д. Ушакова "Солнечные водонагревательные установки", - АН Туркменской ССР, НПО "Солнце", Ашхабад: ЫЛЫМ, 1987; Р.Р. Авезов, М.А. Барский-Зорин, И.М. Васильева и др. "Системы солнечного тепло- и хладоснабжения" под ред. Э. В. Сарнацкого и С.А. Чистовича - М.: Стройиздат, 1990; Н.В. Харченко "Индивидуальные солнечные установки" - М.: Энергоатомиздат, 1991; Патент США, МКИ: F 24 J 2/24, N 5431149 А от 14.09.93). Solar absorbers consisting of one or more flat heat-receiving metal panels are known and widely used in the construction of such solar collectors. From the side not facing the sun, metal liquid pipes are attached to the heat-receiving panels, inside of which a liquid coolant, such as water, circulates. To connect liquid pipes with heat-receiving panels, mechanical connections, welding, and soldering are used (R. B. Bayramov, A. D. Ushakova “Solar Water Heating Installations”, - Academy of Sciences of the Turkmen SSR, NPO “Solntse”, Ashgabat: YLYM, 1987; R. R. Avezov, M. A. Barsky-Zorin, I. M. Vasiliev and others. “Solar heat and cold supply systems” under the editorship of E. V. Sarnatsky and S. A. Chistovich - M .: Stroyizdat, 1990; N.V. Kharchenko "Individual solar installations" - M .: Energoatomizdat, 1991; US Patent, MKI: F 24 J 2/24, N 5431149 A from 09/14/93).

Параллельно расположенные трубы объединяются с обоих концов с помощью коллекторных труб. Для соединения с коллекторными трубами обычно используется сварка или пайка. Через одну из коллекторных труб (нижнюю) жидкий теплоноситель подводится к солнечному абсорберу, через другую (верхнюю) отводится от него. Parallel pipes are joined at both ends by collector pipes. Welding or soldering is usually used to connect to the manifold pipes. Through one of the collector pipes (lower), the liquid coolant is supplied to the solar absorber, through the other (upper) it is removed from it.

Эффективность солнечного коллектора тем выше, чем выше теплопроводность соединения жидкостных труб с теплоприемными панелями, больше площадь теплоприемной панели, меньше тепловые потери. The efficiency of the solar collector is the higher, the higher the thermal conductivity of the connection of liquid pipes with heat-receiving panels, the greater the area of the heat-receiving panel, the less heat loss.

Описанные конструкции солнечных абсорберов обладают рядом недостатков. Одним из них является низкая теплопроводность механических соединений жидкостных труб с теплоприемными панелями или используемой для этого точечной сварки или пайки. В случае использования сварки или пайки по всей длине жидкостных труб резко увеличивается трудоемкость процесса сборки солнечного абсорбера. The described designs of solar absorbers have several disadvantages. One of them is the low thermal conductivity of mechanical connections of liquid pipes with heat-receiving panels or the spot welding or soldering used for this. In the case of welding or soldering along the entire length of the liquid pipes, the laboriousness of the assembly process of the solar absorber sharply increases.

Другим недостатком этих конструкций является то, что для осуществления сварки и пайки к коллекторным трубам между торцами теплоприемной панели и коллекторной трубой оставляют зазор. Это уменьшает площадь теплоприемной панели и увеличивает тепловые потери за счет того, что через открытый зазор теплый воздух поднимается от жидкостных труб с теплоносителем в верхнюю нетеплоизолированную часть солнечного коллектора и охлаждается на прозрачной изоляции. Another disadvantage of these designs is that for welding and soldering to the collector pipes, a gap is left between the ends of the heat-receiving panel and the collector pipe. This reduces the area of the heat-receiving panel and increases heat loss due to the fact that through the open gap, warm air rises from the liquid pipes with the coolant to the upper non-insulated part of the solar collector and is cooled by transparent insulation.

Наиболее близким заявляемому устройству по совокупности признаков является солнечный абсорбер (DЕ 4400546 А1, МКИ: F 24 J 2/16 от 11.01.94), который содержит по меньшей мере одну жидкостную трубу, которая на обоих концах соединена с коллекторными трубами и находится в теплопроводящем соединении по меньшей мере с одной теплоприемной панелью солнечного абсорбера. Длина теплоприемной панели меньше расстояния между коллекторными трубами. По меньшей мере одна из коллекторных труб по всей длине находится в теплопроводящем соединении с другой дополнительной панелью солнечного абсорбера, боковая кромка которой доходит до торца теплоприемной панели. Таким образом уменьшаются тепловые потери за счет уменьшения перетока подогретого воздуха от нагретых жидкостных труб в нетеплоизолированную часть солнечного коллектора и увеличивается площадь теплоприемных панелей солнечного абсорбера. The closest to the claimed device in terms of features is a solar absorber (DE 4400546 A1, MKI: F 24 J 2/16 from 01/11/94), which contains at least one liquid pipe, which at both ends is connected to the collector pipes and is in heat conducting connection with at least one heat-absorbing panel of the solar absorber. The length of the heat-receiving panel is less than the distance between the collector pipes. At least one of the collector pipes along the entire length is in heat-conducting connection with another additional panel of the solar absorber, the side edge of which reaches the end of the heat-receiving panel. Thus, heat losses are reduced by reducing the flow of heated air from heated liquid pipes into the non-insulated part of the solar collector and the area of the heat-receiving panels of the solar absorber increases.

Все это приводит к увеличению эффективности солнечного абсорбера. All this leads to an increase in the efficiency of the solar absorber.

Для осуществления соединения дополнительных панелей с коллекторными трубами используются охватывающие зажимы типа хомутов. For the connection of additional panels to the manifold pipes, female clamps such as clamps are used.

Такая конструкция соединений имеет низкую теплопроводность за счет малой площади контакта зажимов с коллекторной трубой. This design of the compounds has low thermal conductivity due to the small contact area of the clamps with the collector pipe.

При радиальном соединении жидкостных труб с коллекторными в верхней части нижней коллекторной трубы при заполнении солнечного абсорбера остаются воздушные полости, снижающие эффективность солнечного абсорбера. When the liquid pipes are connected to the collector radially, air cavities remain in the upper part of the lower collector pipe when the solar absorber is filled, which reduces the efficiency of the solar absorber.

В нижней части верхней коллекторной трубы при использовании в качестве теплоносителя воды и периодическом ее сливе из системы, в составе которой используется солнечный коллектор, образуются несливаемые остатки, которые являются источниками ускоренной коррозии. Следствием этого может стать утечка теплоносителя и снижение эффективности солнечного абсорбера и сроков его эксплуатации. When water is used as a coolant in the lower part of the upper collector pipe and when it is periodically drained from a system that uses a solar collector, non-leaking residues are formed that are sources of accelerated corrosion. The consequence of this may be a leak of the coolant and a decrease in the efficiency of the solar absorber and its life.

Целью предлагаемого технического решения является увеличение эффективности солнечного абсорбера и сроков его эксплуатации. The aim of the proposed technical solution is to increase the efficiency of the solar absorber and its life.

Для достижения указанной цели каждая жидкостная труба выполняется зацело с теплоприемной панелью. Каждая коллекторная труба снабжена наклонной плоской площадкой по всей ее длине для крепления дополнительной панели, выполненной зацело с коллекторными трубами. Угол наклона площадки обеспечивает перекрытие дополнительной панелью зазора между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели. To achieve this goal, each liquid pipe is made integrally with a heat-receiving panel. Each collector pipe is equipped with an inclined flat platform along its entire length for fastening an additional panel made integrally with the collector pipes. The angle of the platform provides an additional panel overlapping the gap between the collector pipe and the end face of the heat-receiving panel.

Жидкостные трубы соединены с коллекторными трубами так, что нижняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала верхней коллекторной трубы, а верхняя образующая канала каждой жидкостной трубы касательна к окружности внутреннего канала нижней коллекторной трубы. Liquid pipes are connected to the collector pipes so that the lower generatrix of the channel of each liquid pipe is tangent to the circumference of the inner channel of the upper collector pipe, and the upper generatrix of the channel of each liquid pipe is tangent to the circumference of the inner channel of the lower collector pipe.

Сущность изобретения поясняется следующими иллюстрациями. The invention is illustrated by the following illustrations.

На фиг. 1 показан общий вид солнечного абсорбера. In FIG. 1 shows a general view of a solar absorber.

На фиг. 2 показан способ соединения жидкостной трубы с коллекторными трубами. In FIG. 2 shows a method of connecting a liquid pipe to a collection pipe.

На фиг. 3 показан профиль жидкостной трубы, выполненной зацело с теплоприемной панелью. In FIG. 3 shows a profile of a liquid pipe made integrally with a heat-receiving panel.

На фиг. 4 показан профиль коллекторной трубы, выполненной зацело с наклонной площадкой для крепления дополнительной панели. In FIG. 4 shows a profile of a collector pipe made integrally with an inclined platform for attaching an additional panel.

Солнечный абсорбер (фиг.1) содержит по крайней мере одну жидкостную трубу 1, оба конца которой соединены с коллекторными трубами 3, 4. Жидкостная труба 1 выполнена из материала с высокой теплопроводностью зацело с теплоприемной панелью 2. Коллекторные трубы 3, 4 выполнены из того же материала, что и жидкостная труба, зацело с плоскими наклонными площадками 5. The solar absorber (figure 1) contains at least one liquid pipe 1, both ends of which are connected to the collector pipes 3, 4. The liquid pipe 1 is made of material with high thermal conductivity integrally with the heat-receiving panel 2. The collector pipes 3, 4 are made of the same material as the liquid pipe, integrally with flat inclined platforms 5.

Для выполнения соединения (сварки, пайки) жидкостных труб 1 с коллекторными трубами 3, 4 концы жидкостных труб 1 освобождаются от теплоприемных панелей 2 так, что между коллекторными трубами 3, 4 и торцами теплоприемной панели 2 образуются зазоры А. На наклонных площадках 5 закреплена по крайней мере одна дополнительная панель 6, перекрывающая зазор А между коллекторной трубой и торцем теплоприемной панели. Дополнительная панель выполнена из материала с высокой теплопроводностью. To perform the connection (welding, soldering) of the liquid pipes 1 with the collector pipes 3, 4, the ends of the liquid pipes 1 are released from the heat-receiving panels 2 so that gaps A are formed between the collector pipes 3, 4 and the ends of the heat-receiving panel 2. at least one additional panel 6, overlapping the gap A between the collector pipe and the end face of the heat-receiving panel. The additional panel is made of a material with high thermal conductivity.

Поверхности теплоприемных панелей 2 и дополнительных панелей 6, обращенные к солнцу, покрыты поглощающим покрытием, например селективным. The surfaces of the heat-receiving panels 2 and the additional panels 6 facing the sun are coated with an absorbing coating, for example selective.

Жидкостные трубы 1 соединены с коллекторными трубами 3, 4, как показано на фиг.2. Нижняя образующая канала каждой жидкостной трубы Б является касательной к окружности внутреннего канала верхней коллекторной трубы В. Верхняя образующая канала каждой жидкостной трубы Г является касательной к окружности внутреннего канала нижней коллекторной трубы Д. The liquid pipes 1 are connected to the collector pipes 3, 4, as shown in FIG. The lower generatrix of the channel of each liquid pipe B is tangent to the circumference of the inner channel of the upper collector pipe B. The upper generatrix of the channel of each liquid pipe G is tangent to the circumference of the inner channel of the lower collector pipe D.

На фиг.3 и 4 показаны примеры профилей жидкостной трубы с теплоприемной панелью и коллекторной трубы с наклонной площадкой, выполненных методом горячего прессования из алюминиевого сплава. Figures 3 and 4 show examples of profiles of a liquid pipe with a heat-receiving panel and a collector pipe with an inclined platform made by hot pressing of an aluminum alloy.

В процессе эксплуатации солнечный абсорбер работает следующим образом. During operation, the solar absorber operates as follows.

Заполнение солнечного абсорбера в составе солнечного коллектора проводится через нижнюю коллекторную трубу (фиг.2). Воздух через наклонные каналы жидкостных труб 1 вытесняется в верхнюю трубу 3, не образуя воздушных полостей, и выходит через ее открытые концы. The filling of the solar absorber in the solar collector is carried out through the lower collector pipe (figure 2). Air through the inclined channels of the liquid pipes 1 is forced into the upper pipe 3, without forming air cavities, and exits through its open ends.

В процессе работы жидкий теплоноситель движется от нижней коллекторной 4 к верхней 3 вследствие естественной либо принудительной циркуляции в системе. Солнечная энергия поглощается теплоприемными панелями 2 (фиг.1) и дополнительными панелями 6 и передается теплопроводностью жидкому теплоносителю, повышая его температуру. При выполнении жидкостных труб 1 зацело с теплоприемными панелями 2 и наклонных площадок 5 зацело с коллекторными трубами 3 и 4 тепловое сопротивление между теплоприемными поверхностями и жидким теплоносителем уменьшается по сравнению с любым другим способом их соединения. Выполнение наклонных площадок 5 плоскими также уменьшает тепловое сопротивление между дополнительными панелями 6 и жидким теплоносителем за счет увеличенной площади контакта между дополнительными панелями 6 и коллекторными трубами 3 и 4. Следовательно, жидкий теплоноситель получает большее количество тепловой энергии. In the process, the liquid coolant moves from the lower collector 4 to the upper 3 due to natural or forced circulation in the system. Solar energy is absorbed by heat-receiving panels 2 (Fig. 1) and additional panels 6 and is transmitted by thermal conductivity to the liquid heat carrier, increasing its temperature. When performing liquid pipes 1 integrally with heat-receiving panels 2 and inclined platforms 5 integrally with collector pipes 3 and 4, the thermal resistance between the heat-receiving surfaces and the liquid coolant is reduced in comparison with any other method of connecting them. Making the inclined platforms 5 flat also reduces the thermal resistance between the additional panels 6 and the heat transfer fluid due to the increased contact area between the additional panels 6 and the collector tubes 3 and 4. Therefore, the heat transfer fluid receives more heat.

При использовании в качестве жидкого теплоносителя воды и периодическом сливе ее из системы слив производится через нижнюю коллекторную трубу 4. Соединение труб, как показано на фиг.2, обеспечивает полный слив жидкого теплоносителя без остатков. Это исключает возможность коррозии солнечного абсорбера из-за контакта материала, из которого изготовлены коллекторные трубы и жидкостные трубы, с остатками воды. Таким образом, увеличивается эффективность и увеличивается срок эксплуатации солнечного абсорбера. When using water as a liquid heat carrier and periodically draining it from the system, it is drained through the lower manifold pipe 4. The pipe connection, as shown in FIG. 2, ensures complete draining of the liquid heat carrier without residues. This eliminates the possibility of corrosion of the solar absorber due to contact of the material from which the collector pipes and liquid pipes are made with water residues. Thus, the efficiency increases and the life of the solar absorber increases.

Claims

1. A solar absorber comprising at least one liquid pipe, both ends of which are connected to the collector pipes, at least one heat-receiving panel and one additional panel covering the gap between the collector pipe and the end of the heat-receiving panel, characterized in that each liquid pipe is made of the heat-conducting material is integral with the heat-receiving panel, and each collector pipe is equipped with a flat inclined platform made integrally with the collector pipe of the heat-conducting material throughout collector pipe line for attaching an additional panel.

2. The solar absorber according to claim 1, characterized in that the lower generatrix of the channel of each liquid pipe is tangent to the circumference of the inner channel of the upper collector pipe, and the upper generatrix of the channel of each liquid pipe is tangent to the circumference of the inner channel of the lower collector pipe.