RU2569780C1

RU2569780C1 - Double-sided solar collector

Info

Publication number: RU2569780C1
Application number: RU2014134242/06A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Золотов; Екатерина Александровна Цынаева; Руслан Наилевич Алиуллов; Ксения Александровна Линчук; Александр Александрович Батраков; Денис Николаевич Давыдов
Priority date: 2014-08-20
Filing date: 2014-08-20
Publication date: 2015-11-27

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: double-sided solar collector comprises a solid body 1, a transparent fence 2 and an absorber 3 arranged in the body 1. The body 1 is made as U-shaped. In the body 1 at its both end sides there are end U-shaped profiles 4. The body 1 and the transparent fence 2 at sides are covered with external U-shaped profiles, and at the end sides - end covers 7, forming with end U-shaped profiles 4 an inlet 8 and an outlet 9 air chambers communicating with the inner volume of the body 1 via holes 10. Tubes 11 are placed on the back side of the absorber 3. Tubes 11 are connected via inlet 12 and outlet 13 nozzles. At the back side of the heat insulation material 1 there are holes 14 made along longitudinal tubes 11 with lenses 15.

EFFECT: increased efficiency ratio due to heat exchange intensification.

2 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучения солнца в тепловую энергию для нагрева теплоносителя.The invention relates to solar engineering and can be used, in particular, in devices that convert the electromagnetic radiation of the sun into thermal energy for heating the coolant.

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус из нескольких рам с четырьмя прямоугольными пластинами, обрамляющими коллектор, преимущественно прямоугольной формы, верхнее прозрачное ограждение и заднюю пластину, соединенные с рамами, абсорбер, расположенный в корпусе, выполненный с селективным покрытием, нанесенным на его переднюю сторону, обращенную к прозрачному ограждению, и снабженный продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, первый слой теплоизоляционного материала, размещенный между частями рам и абсорбером, и второй слой теплоизоляционного материала, размещенный между абсорбером и задней пластиной, причем теплоизоляционный материал образован из пенополистирола, а внутренний объем корпуса заполнен газом с низкой теплопроводностью, что усиливает принимающую способность коллектора (см. DE 20320220 U1, МПК F24J 2/46, 2004).A known solar collector comprising a housing of several frames with four rectangular plates framing the collector, mainly rectangular in shape, an upper transparent guard and a back plate connected to the frames, an absorber located in the housing, made with a selective coating applied to its front side facing to a transparent fence, and provided with longitudinal tubes for the flow of liquid coolant, the first layer of heat-insulating material, placed between the parts of the frames and the absorber and a second layer of heat-insulating material placed between the absorber and the back plate, the heat-insulating material being made of polystyrene foam and the internal volume of the body filled with gas with low thermal conductivity, which enhances the collector's receiving ability (see DE 20320220 U1, IPC F24J 2/46, 2004 )

Однако известный солнечный коллектор имеет низкую эффективность работы в вечерние и утренние часы, когда теплоприемная панель частично затеняется непрозрачным каркасом боковых стенок рамной конструкции, а коэффициент отражения солнечных лучей плоского стекла значительно увеличивается при больших углах падения в соответствии с формулой отражения Френеля. Кроме того, процесс его изготовления достаточно сложен и трудоемок. Известный солнечный коллектор позволяет осуществлять нагрев только жидкостного теплоносителя.However, the known solar collector has low efficiency in the evening and morning hours, when the heat-receiving panel is partially obscured by the opaque frame of the side walls of the frame structure, and the reflection coefficient of sunlight of flat glass increases significantly at large incidence angles in accordance with the Fresnel reflection formula. In addition, the process of its manufacture is quite complicated and time-consuming. The known solar collector allows heating only a liquid coolant.

Известен многофункциональный солнечный коллектор, который содержит монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и абсорбер, расположенный в корпусе. Корпус выполнен П-образным. В корпусе с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили. Прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях. Корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями впускную и выпускную воздушные камеры, сообщенные с внутренним объемом корпуса и внешними воздуховодами отверстиями в П-образном профиле. Абсорбер дополнительно снабжен продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, соединенными входным и выходным патрубками, размещенными на его тыльной стороне (см. RU 2388974, МПК F24J 2/04, 2009). Выбран к качестве прототипа.Known multifunctional solar collector, which contains a monolithic housing made of insulating material, a transparent fence and an absorber located in the housing. The case is made U-shaped. In the housing from both its end faces, end U-shaped profiles are installed. A transparent fence is placed on the side protrusions of the housing and the end U-shaped profiles. The housing and the transparent guard are covered on the sides by external U-shaped profiles, and on the end sides by end caps, which form inlet and outlet air chambers connected with the internal volume of the housing and the external air ducts with openings in the U-shaped profile with end U-shaped profiles. The absorber is additionally equipped with longitudinal tubes for the flow of liquid coolant, connected by inlet and outlet pipes located on its rear side (see RU 2388974, IPC F24J 2/04, 2009). Selected as a prototype.

Однако известный многофункциональный солнечный коллектор имеет низкую эффективность работы, особенно в вечерние и утренние часы, когда теплоприемная панель частично затеняется непрозрачным каркасом боковых стенок рамной конструкции.However, the well-known multifunctional solar collector has low efficiency, especially in the evening and morning hours, when the heat-receiving panel is partially obscured by the opaque frame of the side walls of the frame structure.

Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективной конструкции с высоким КПД при обеспечении минимальной себестоимости и высокой надежности при преобразовании солнечной энергии в тепловую.The objective of the present invention is to provide a highly efficient design with high efficiency while ensuring minimum cost and high reliability when converting solar energy to heat.

Технический результат - повышение коэффициента полезного действия (КПД) за счет интенсификации теплообмена.The technical result is an increase in the coefficient of performance (COP) due to the intensification of heat transfer.

Технический результат достигается тем, что коллектор солнечный двухсторонний содержит монолитный корпус из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение и абсорбер, расположенный в П-образном корпусе, при этом с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили, прозрачное ограждение размещено на боковых выступах корпуса и торцевых П-образных профилях, корпус и прозрачное ограждение с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями, а с торцевых сторон - торцевыми крышками, образующими с торцевыми П-образными профилями впускную и выпускную воздушные камеры, сообщенные с внутренним объемом корпуса и внешними воздуховодами через отверстия в П-образном профиле, абсорбер снабжен продольными трубками для протекания жидкого теплоносителя, соединенными входным и выходным патрубками, размещенными на его тыльной стороне. Особенностью является то, что теплоизоляционный материал с обратной стороны имеет отверстия по ходу продольных трубок для протекания жидкого теплоносителя, расположенные через расстояния, определяемые в зависимости от габаритов коллектора солнечного двухстороннего, при этом отверстия выполнены с линзами на тыльной стороне, фокусирующими солнечную энергию на трубки с теплоносителем.The technical result is achieved by the fact that the solar collector on both sides contains a monolithic body of heat-insulating material, a transparent fence and an absorber located in a U-shaped case, with end U-shaped profiles installed on both of its end sides, a transparent fence placed on the side protrusions of the case and the front U-shaped profiles, the body and the transparent guard on the sides are covered by external U-shaped profiles, and on the end sides - by the end caps forming with the front U-shaped bubbled profiles inlet and outlet air chamber communicated with the interior of the body and external ducts through openings in the U-shaped profile, provided with longitudinal absorber tubes for flowing a heat transfer fluid, connected the inlet and outlet arranged on its rear side. The peculiarity is that the insulating material on the back side has openings along the longitudinal tubes for the flow of heat transfer fluid located over distances determined depending on the dimensions of the solar collector on both sides, with openings made with lenses on the back side that focus solar energy on the tubes with coolant.

На фиг. 1 представлен поперечный разрез предлагаемого коллектора солнечного двухстороннего.In FIG. 1 is a cross-sectional view of the proposed solar solar collector.

На фиг. 2 - продольный разрез А-А на фиг. 1.In FIG. 2 is a longitudinal section AA in FIG. one.

Предлагаемый коллектор солнечный двухсторонний (фиг. 1, 2) содержит монолитный корпус 1 из теплоизоляционного материала, прозрачное ограждение 2 и абсорбер 3, расположенный в корпусе 1. Корпус 1 выполнен П-образным. В корпусе 1 с обеих его торцевых сторон установлены торцевые П-образные профили 4. Прозрачное ограждение 2 размещено на боковых выступах 5 корпуса 1 и торцевых П-образных профилях 4. Корпус 1 и прозрачное ограждение 2 с боковых сторон охвачены внешними П-образными профилями 6, выполненными из металла или стеклопластика, а с торцевых сторон - торцевыми крышками 7, образующими с торцевыми П-образными профилями 4 впускную 8 и выпускную 9 воздушные камеры, сообщенные с внутренним объемом корпуса 1 и внешними воздуховодами (не показаны) через отверстия 10 в П-образном профиле 4. Корпус 1 может быть выполнен, в частности, из вспененного материала, например из пенополиуретана, который обладает достаточной механической прочностью и малым коэффициентом теплопроводности. Прозрачное ограждение 2 может выполняться из стекла или полимерного материала, например из однослойного или многослойного поликарбоната. Прозрачное ограждение 2 оказывается при этом зажатым между внешними П-образными профилями 6 и корпусом 1 и при наличии упругого герметика на соприкасающихся поверхностях, компенсирующего тепловые расширения этих поверхностей, такая конструкция надежно защищает внутренний объем от попадания в него влаги и пыли из окружающей среды. Торцевые П-образные профили 4 служат опорой для прозрачного ограждения 2 с торцевых сторон. Трубки 11 размещены на тыльной стороне абсорбера 3. Трубки 11 соединены через входной 12 и выходной 13 патрубки. В корпусе из теплоизоляционного материала 1 с тыльной стороны выполнены отверстия 14 по ходу продольных трубок 11 для протекания жидкого теплоносителя, расположенные через расстояния, определяемые в зависимости от габаритов коллектора солнечного двухстороннего. Отверстия выполняются с линзами 15 на тыльной стороне, фокусирующими солнечную энергию на трубки с теплоносителем 11.The proposed solar collector bilateral (Fig. 1, 2) contains a monolithic body 1 made of insulating material, a transparent fence 2 and an absorber 3 located in the housing 1. The housing 1 is made U-shaped. End U-shaped profiles 4 are installed in the housing 1 on both of its end sides. A transparent fence 2 is placed on the lateral projections 5 of the housing 1 and end U-shaped profiles 4. The housing 1 and the transparent fence 2 are surrounded on the sides by external U-shaped profiles 6 made of metal or fiberglass, and from the end sides - end caps 7, forming with end U-shaped profiles 4 inlet 8 and outlet 9 air chambers in communication with the internal volume of the housing 1 and external ducts (not shown) through openings 10 in a U-shaped profile 4. The housing 1 can be made, in particular, of foam material, for example polyurethane foam, which has sufficient mechanical strength and a low coefficient of thermal conductivity. The transparent guard 2 may be made of glass or a polymeric material, for example, single-layer or multi-layer polycarbonate. In this case, the transparent fence 2 is sandwiched between the external U-shaped profiles 6 and the housing 1 and in the presence of elastic sealant on the contacting surfaces, compensating for the thermal expansion of these surfaces, this design reliably protects the internal volume from moisture and dust from the environment. End U-shaped profiles 4 serve as a support for a transparent fence 2 from the end sides. Tubes 11 are located on the back of the absorber 3. Tubes 11 are connected through inlet 12 and outlet 13 of the pipe. In the housing of heat-insulating material 1, holes 14 are made on the back side along the longitudinal tubes 11 for the flow of liquid coolant located over distances determined depending on the dimensions of the solar collector. The holes are made with lenses 15 on the back, focusing solar energy on the tube with a coolant 11.

Работа предлагаемого коллектора солнечного двухстороннего осуществляется следующим образом.The work of the proposed solar collector bilateral is as follows.

Принцип действия двухстороннего солнечного коллектора основан на парниковом эффекте, создаваемом в корпусе из теплоизоляционного материала 1, скрепленного П-образными профилями 4 с верхней части между трубками жидкого теплоносителя 11, абсорбера 3 и прозрачным ограждением 2. Впускная 8 и выпускная 9 воздушные камеры, сообщенные с внутренним объемом корпуса 1 и внешними воздуховодами (не показаны), обеспечивают приток газообразного теплоносителя через отверстия 10 в П-образном профиле 4. Одновременно в коллектор поступает жидкий теплоноситель, поступающий в коллектор солнечный двухсторонний через входной патрубок 12, который, проходя по трубкам 11, размещенным на тыльной стороне абсорбера 3, отводит тепло и направляется в емкость (не показана) через выходной патрубок 13, где тепло утилизируется одним из известных способов. Например, в роли утилизирующей емкости может быть использован бак, из которого тепло отбирается тепловым насосом и отводится потребителям горячей воды, а охлажденная вода возвращается в коллектор. Другим примером емкости-утилизатора может служить плавательный бассейн, где температура обычно поддерживается на уровне, не превышающем 25°C. Дополнительный поток сконцентрированного линзами 15 солнечного излучения с тыльной стороны коллектора солнечного двухстороннего через отверстия 14 в корпусе 1 приводит к достижению поставленной задачи.The principle of operation of a double-sided solar collector is based on the greenhouse effect created in the casing of heat-insulating material 1, fastened with U-shaped profiles 4 from the upper part between the tubes of the heat-transfer fluid 11, absorber 3 and transparent guard 2. Inlet 8 and outlet 9 air chambers connected with the internal volume of the housing 1 and external ducts (not shown), provide an inflow of gaseous coolant through the holes 10 in the U-shaped profile 4. At the same time, the liquid coolant enters the collector s entering the solar collector sided through inlet 12 which passes through the tubes 11 placed on the back side of the absorber 3, removes heat and is directed into a container (not shown) through the outlet 13 where the heat is utilized in a known manner. For example, a tank can be used as a utilizing tank, from which heat is taken out by a heat pump and transferred to consumers of hot water, and chilled water is returned to the collector. Another example of a recovery tank is a swimming pool, where the temperature is usually maintained at a level not exceeding 25 ° C. An additional stream of concentrated solar radiation from the lenses 15 from the back of the solar collector through the holes 14 in the housing 1 leads to the achievement of the task.

Claims

The solar collector is two-sided, containing a monolithic body of heat-insulating material, a transparent fence and an absorber located in a U-shaped case, with end U-shaped profiles installed on both of its end sides, a transparent fence placed on the side protrusions of the case and end U-shaped profiles , the body and the transparent guard are covered on the sides by external U-shaped profiles, and on the end sides by end caps, which form inlet and outlet air ducts with end U-shaped profiles w chambers in communication with the internal volume of the casing and the external ducts through the openings in the U-shaped profile, the absorber is equipped with longitudinal tubes for the flow of liquid coolant connected by inlet and outlet pipes located on its back side, characterized in that the heat-insulating material on the back side has openings along the longitudinal tubes for the flow of liquid coolant located over distances determined depending on the dimensions of the solar collector bilateral The volume of the hole is made with lenses on the back, focusing solar energy on the tube with a coolant.