Изобретение относится к теплотехнике, в частности к гелиотехнике, и может быть использовано в солнечных коллекторах, предназначенных для нагрева воды. Известны поглощающие панели солнечных коллекторов, выполненные из медного или алюминиевого листа толщиной 0,2-0,6 мм с поглощающим солнечную энергию покрытием и приваренной или припаянной с обратной стороны медной трубкой для циркуляции теплоносителя (патент DE 102009016805 А1, 21.10.2010).The invention relates to heat engineering, in particular to solar engineering, and can be used in solar collectors designed to heat water. Known absorption panels of solar collectors made of copper or aluminum sheet with a thickness of 0.2-0.6 mm with a coating that absorbs solar energy and a copper tube welded or soldered on the back side for circulation of the coolant (patent DE 102009016805 A1, 10.21.2010).
Недостатком таких поглощающих панелей является то, что при падении прямого солнечного или рассеянного излучения на плоскую панель под большими углами ее коэффициент поглощения резко падает. Кроме того, в результате термоударов, возникающих при работе коллекторов, лист поглощающей панели коробится.The disadvantage of such absorbing panels is that when direct solar or scattered radiation falls on a flat panel at large angles, its absorption coefficient drops sharply. In addition, as a result of thermal shock arising from the operation of the collectors, the sheet of the absorbing panel warps.
Прототипом изобретения является теплообменная панель, выполненная из двух гофрированных металлических листов, сваренных между собой с образованием каналов для циркуляции теплоносителя (патент RU 2350852 С2, 27.03.2009).The prototype of the invention is a heat transfer panel made of two corrugated metal sheets welded together to form channels for circulation of the coolant (patent RU 2350852 C2, 03/27/2009).
Недостатком этой конструкции является то, что общий вес панели в этом случае будет в несколько раз больше, чем в вышеприведенной конструкции, что резко ухудшает характеристики солнечного коллектора, так как он будет медленно реагировать на поступление солнечного излучения при переменной облачности.The disadvantage of this design is that the total weight of the panel in this case will be several times greater than in the above design, which sharply worsens the characteristics of the solar collector, since it will slowly respond to the arrival of solar radiation with variable cloud cover.
Технической задачей предлагаемой конструкции является устранение негативных последствий от эффекта термоудара в теплообменной панели при сохранении ее минимального веса и увеличение способности поглощать солнечное излучение при больших углах падения. Это достигается за счет того, что теплообменная панель содержит поверхность нагрева и трубку теплоносителя, имеющую тепловой контакт с поверхностью нагрева, причем поверхность нагрева выполнена в виде гофрированной фольги и не имеет жесткого механического скрепления с трубкой теплоносителя, при этом тепло от поверхности нагрева передается к трубке теплоносителя посредством проволоки, уложенной поперек гофр по верхним точкам, где осуществляется тепловой и механический контакт между поверхностью фольги и проволокой путем их жесткого скрепления, и поперек трубки теплоносителя, где осуществляется тепловой и механический контакт между проволокой и трубкой теплоносителя путем их жесткого скрепления, при этом в местах перед пересечением проволоки и трубки теплоносителя проволока имеет свободную от крепления к нескольким гребням гофр длину, достаточную для компенсации тепловых расширений поверхности фольги относительно уложенной вдоль гофр трубки теплоносителя.The technical task of the proposed design is to eliminate the negative consequences of the effect of thermal shock in the heat exchange panel while maintaining its minimum weight and increase the ability to absorb solar radiation at large angles of incidence. This is achieved due to the fact that the heat exchange panel comprises a heating surface and a heat transfer tube having thermal contact with the heating surface, the heating surface being made in the form of a corrugated foil and not having rigid mechanical bonding to the heat transfer tube, while heat is transferred from the heating surface to the tube coolant by means of a wire laid across the corrugations along the upper points where thermal and mechanical contact between the surface of the foil and the wire is made by rigid fastenings, and across the coolant tube, where thermal and mechanical contact is made between the wire and the coolant tube by rigidly fastening them, while at the places before the wire and coolant tube intersect, the wire has a length sufficient to compensate for thermal expansion of the surface from attaching to several corrugation ridges foil relatively laid along the corrugation of the coolant tube.
Изобретение поясняется чертежами, где показан элемент сечения теплообменной панели (фиг.1) и общий вид панели (фиг.2).The invention is illustrated by drawings, which shows a cross-sectional element of a heat exchange panel (figure 1) and a general view of the panel (figure 2).
Теплообменная панель состоит из поверхности нагрева в виде листа гофрированной металлической фольги 1 с поглощающим покрытием, трубки теплоносителя 2, имеющей тепловой контакт с поверхностью нагрева, и металлической проволоки 3 в виде теплонесущего моста между фольгой и трубкой теплоносителя 2. Скрепление 4 проволоки с трубкой теплоносителя 2 и фольгой может быть осуществлено жестким креплением при помощи пайки, сварки, склеивания или другим методом, обеспечивающим надежный тепловой и механический контакт. При этом между смежными точками крепления к фольге и трубке проволока имеет длину 10-20 мм, что при ее диаметре 1-3 мм обеспечивает возможность взаимного перемещения при тепловых расширениях поверхностей фольги и трубки в направлении, перпендикулярном к направлению укладки проволоки.The heat exchange panel consists of a heating surface in the form of a sheet of corrugated metal foil 1 with an absorbing coating, a heat transfer tube 2 having thermal contact with the heating surface, and a metal wire 3 in the form of a heat transfer bridge between the foil and the heat transfer tube 2. Fastening 4 wires to the heat transfer tube 2 and foil can be carried out by rigid fastening by soldering, welding, gluing or other method that provides reliable thermal and mechanical contact. In this case, between adjacent points of attachment to the foil and the tube, the wire has a length of 10-20 mm, which, with its diameter of 1-3 mm, allows mutual movement during thermal expansions of the surfaces of the foil and tube in a direction perpendicular to the direction of laying the wire.
Устройство теплообменной панели состоит из гофрированной фольги, проволоки и трубки теплоносителя. Фольга, например алюминиевая или медная, изготавливается методом проката шириной рулона до 1250 мм и толщиной от 0,03 мм. Поглощающее покрытие наносится на поверхность фольги при помощи электролиза, или в вакуумных напылительных камерах, или специальной покраской. Гофрирование фольги можно осуществлять вручную на специальной оправке непосредственно перед сборкой. Трубка теплоносителя, например, из гофрированной нержавеющей стали может иметь диаметр 10-15 мм и толщину 0,1 мм. Проволока для передачи тепла от фольги к трубке с теплоносителем может быть, например, медная, диаметром 1 мм и или алюминиевая диаметром 3 мм и крепится к гребням гофрированной фольги и поверх трубки. Проволока должна укладываться по верхним точкам поперек направления гофр по верхним точкам для избежания тепловых напряжений, возникающих во время работы коллектора. The device of the heat exchange panel consists of corrugated foil, wire and heat transfer tube. Foil, for example aluminum or copper, is produced by rolling with a roll width of up to 1250 mm and a thickness of 0.03 mm. The absorbent coating is applied to the surface of the foil by electrolysis, or in vacuum spraying chambers, or by special painting. The corrugation of the foil can be carried out manually on a special mandrel immediately before assembly. A heat transfer tube, for example, of corrugated stainless steel, may have a diameter of 10-15 mm and a thickness of 0.1 mm. The wire for transferring heat from the foil to the coolant tube may be, for example, copper, 1 mm in diameter and or aluminum 3 mm in diameter and is attached to the corrugations of the corrugated foil and over the tube. The wire should be laid at the upper points across the direction of the corrugations along the upper points to avoid thermal stresses arising during the operation of the collector.
При этом в местах перед пересечением проволоки и трубки теплоносителя проволока имеет свободную от крепления к нескольким гребням гофр длину, достаточную для компенсации тепловых расширений поверхности фольги относительно уложенной вдоль гофр трубки теплоносителя. Трубка теплоносителя укладывается вдоль направления гофр. Диаметр проволоки и шаг ее раскладки выбираются из условия, что общий вес проволоки и гофрированной фольги будет не больше веса такого же габарита алюминиевого листа толщиной 0,6 мм. При этом шаг раскладки трубки теплоносителя может быть например 90-150 мм.Moreover, in places before the intersection of the wire and the coolant tube, the wire has a length that is free from attachment to several ridges of corrugations, sufficient to compensate for thermal expansion of the surface of the foil relative to the coolant tube laid along the corrugations. The coolant tube is laid along the direction of the corrugations. The diameter of the wire and the pitch of its layout are selected from the condition that the total weight of the wire and corrugated foil is no more than the weight of the same size of an aluminum sheet with a thickness of 0.6 mm. In this case, the step of the layout of the coolant tube may be, for example, 90-150 mm.
