SK632012U1

SK632012U1 - Solar collector with auto protection function

Info

Publication number: SK632012U1
Application number: SK63-2012U
Authority: SK
Inventors: Radim Rybar; Slavomir Perunko; Jana Horodnikova; Martin Beer
Original assignee: Technicka Univerzita V Kosiciach
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-11-05
Also published as: SK6416Y1

Abstract

Solar collector with auto protection function is solved so that at the operating conditions when the temperatures of an absorber (3) are above, as required, is the absorber (3), in order to reduce its temperature automatically thermally bonded to a metal casing (1) of the collector. Inside the collector between parallel formed sections of the absorber (3) and the back wall of a casing (1) are located the lamella cylinders (7) consisting of the metal plates (8) and the thermal strips (9), which are pivotally located in the pins fit to the cases (11). Their rotation is conveyed by a transmission member (15) of an actuator (13).

Description

Oblasť technikyTechnical field

Technické riešenie sa týka konštrukcie plochých kvapalinových solárnych kolektorov.The technical solution relates to the construction of flat liquid solar collectors.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Kvapalinové solárne systémy slúžia na ohrev vody využitím slnečnej energie. Ich hlavnou časťou, z pohľadu samotného zachytávania slnečnej energie a j ej konverzie na teplo, sú solárne kolektory. Solárne kolektory sú väčšinou konštruované ako ploché, alebo ako vákuové trubicové. Bez ohľadu na konštrukčné riešenie každý solárny kolektor obsahuje absorbér, na ktorého povrchu dochádza k fototermálnej energetickej konverzii. Zabsorbéra sa dostáva takto vzniknuté teplo do teplonosnej kvapaliny, ktorá prúdi prietokovými kanálmi. Prietokové kanály sú tvorené buď potrubím, alebo hydraulickým vymedzením - tvarovaním, prelismi, tesnením a podobne. Ostatné časti solárneho kolektora sú podmienené požiadavke minimalizovať tepelné toky, ktoré by mohli viesť knežiadúcemu odvádzaniu tepla zabsorbéra a teplonosnej kvapaliny do vonkajšieho prostredia. V prípade najjednoduchších konštrukcií solárnych kolektorov pozostávajúcich len z absorbéra s prietokovými kanálmi, nie sú tepelné straty minimalizované z konštrukčného hľadiska vôbec. Takéto jednoduché kolektory sú schopné ohrievať teplonosné médium len na teploty málo presahujúce teplotu okolitého prostredia a sú vhodné len na ohrev vody v bazénoch alebo iné mzkoteplotné, nenáročné aplikácie pre voľnočasové využitie.Liquid solar systems are used to heat water using solar energy. Their main part, from the point of view of capturing solar energy and its conversion to heat, are solar collectors. Solar collectors are mostly constructed as flat or vacuum tubular. Regardless of the design, each solar collector contains an absorber on the surface of which there is a photothermal energy conversion. The absorber receives the heat thus generated in the heat transfer fluid which flows through the flow channels. Flow channels are formed either by piping or by hydraulic delimitation - shaping, crimping, sealing and the like. Other parts of the solar collector are subject to the requirement to minimize heat fluxes that could lead to undesired heat dissipation of the absorber and heat transfer fluid to the external environment. In the simplest designs of solar collectors consisting only of a flow channel absorber, heat losses are not minimized in construction at all. Such simple collectors are able to heat the heat transfer medium only to temperatures slightly above the ambient temperature and are suitable only for heating water in swimming pools or other low-temperature, undemanding leisure applications.

Solárne kolektory určené na prípravu teplej vody a podporu vykurovania väčšinou spadajú do kategórie strednoteplotných a vysokoteplotných kolektorov a ich charakteristickým znakom je to, že obsahujú prvky slúžiace na elimináciu tepelných strát kolektora. Ich špecifikom je to, že z prednej, t.j. insolovanej strany musia byť tepelne izolované takým spôsobom, ktorý len minimálne obmedzuje prenikanie slnečného žiarenia na samotný absorbér. To je realizované prostredníctvom transparentného krytu, tvoreného najčastejšie jednoduchým, prípadne viacnásobným zasklením, pričom v priestore medzi transparentným krytom a absorbérom je medzera, v ktorej tepelnoizolačnú funkciu plní vzduch pri atmosférickom tlaku, vzácny plyn, alebo vzduch s tlakom nižším ako atmosférickým (nízke alebo stredné vákuum), ako je zverejnené v dokumente US4881521. Existujú aj riešenia využívajúce transparentné tepelnoizolačné materiály s uzavretou štruktúrou pórov alebo buniek, ako sú transparentné penové alebo voštinové plasty, sklená vlna alebo aerogél.Solar collectors designed to produce hot water and to support heating mostly fall into the category of medium-temperature and high-temperature collectors, and their characteristic feature is that they contain elements used to eliminate the heat loss of the collector. Their particularity is that from the front, i. The insulated sides shall be thermally insulated in such a way as to minimize the penetration of solar radiation onto the absorber itself. This is realized by means of a transparent cover, which is most often formed by single or multiple glazing, with a gap in the space between the transparent cover and the absorber in which the air at atmospheric pressure, the noble gas or air at a pressure lower than atmospheric (low or medium) vacuum) as disclosed in US4881521. There are also solutions using transparent thermal insulation materials with a closed pore or cell structure, such as transparent foam or honeycomb plastics, glass wool or airgel.

Zadná strana absorbéra býva odizolovaná konvenčným spôsobom s využitím tepelnoizolačných materiálov na báze minerálnej vlny, alebo na báze penových plastov.The back of the absorber is usually insulated in a conventional manner using mineral wool or foam plastic thermal insulation materials.

V prípade zadnej strany absorbéra nie je potrebné zabezpečiť transparentnosť tepelnoizolačnej vrstvy. Kvôli kompaktnosti kolektora sú všetky jeho časti uložené v čiastočne, alebo úplne hermeticky uzavretej skrini.In the case of the back of the absorber, it is not necessary to ensure the transparency of the thermal insulation layer. Due to the compactness of the collector, all its parts are stored in a partially or fully hermetically sealed cabinet.

V prípade vysokoteplotných kolektorov, obvykle riešených ako vákuové trubicové kolektory a niektorých konštrukcií plochých nízkotlakových solárnych kolektorov, je celý priestor okolo absorbéra tepelne izolovaný vákuom.In the case of high-temperature collectors, typically designed as vacuum tube collectors and some flat low pressure solar collector designs, the entire space around the absorber is thermally insulated by vacuum.

Počas prevádzky solárneho zariadenia je teplo z kolektora odoberané prostredníctvom kolektorom cirkulujúcej teplonosnej kvapaliny. Cirkulácia teplonosnej kvapaliny môže byť prirodzená (samotiažna), alebo nútená, pomocou obehového čerpadla. Súčasťou solárneho systému je prvok, ktorý kolektorom získané a teplonosným médiom pretransportované teplo zo solárneho okruhu odoberá (výmenník tepla, zásobník tepla). Ak počas insolácie dôjde k stavu, kedy z kolektora nie je odoberané teplo, v dôsledku zastavenia obehového čerpadla, alebo nedostatočného teplotnému spádu vo výmenníku/zásobníku tepla, dôjde k zvyšovaniu teploty absorbéra solárneho kolektora, až pokiaľ sa tepelné straty kolektora nerovnajú príkonu slnečnej energie na absorbér. Tento rovnovážny stav sa nazýva stagnačným stavom solárneho kolektora a dosiahnutá stagnačná teplota kolektora závisí od externých faktorov - insolačných podmienok, teploty vonkajšieho prostredia (vzduchu), prípadného prúdenia vzduchu (vetra) a interného faktora - tepelnej izolácie kolektora. Z uvedeného je zrejmé, že interný faktor bezprostredne súvisí s konštrukčným riešením solárneho kolektora, a teda, čím má kolektor vyššiu úroveň tepelnej izolácie, tým vyššiu stagnačnú teplotu dosiahne.During the operation of the solar system, heat is removed from the collector via the collector of the circulating heat transfer fluid. The circulation of the heat transfer fluid can be natural (gravity) or forced by means of a circulation pump. A part of the solar system is an element that collects the heat transferred by the collector and the heat transfer medium from the solar circuit (heat exchanger, heat reservoir). If the collector does not receive heat during insollation due to the stop of the circulation pump or insufficient temperature drop in the heat exchanger / storage tank, the temperature of the solar collector will rise until the heat loss of the collector equals the solar energy input to absorber. This equilibrium state is called the stagnation state of the solar collector and the achieved stagnation temperature of the collector depends on external factors - insolation conditions, ambient temperature (air), possible air flow (wind) and internal factor - thermal insulation of the collector. It is clear from the above that the internal factor is directly related to the design of the solar collector, and hence, the higher the thermal insulation level, the higher the stagnation temperature.

Stagnačný stav a s ním súvisiaca vysoká teplota konštrukčných častí kolektora môže byť príčinou viacerých závad na solárnom systéme, ako je strata teplonosnej kvapaliny, poškodenie tepelnej izolácie pripojovacích potrubí kolektora, deformácia absorbéra, degradácia konverznej vrstvy absorbéra, degradácia teplonosnej kvapaliny a podobne.The stagnation state and the associated high temperature of the collector components can cause several defects in the solar system, such as loss of heat transfer fluid, damage to the thermal insulation of the collector manifolds, absorber deformation, absorber conversion layer degradation, heat transfer fluid degradation, and the like.

Existuje viacero spôsobov, ktorými je možné eliminovať negatívne dopady stagnačného stavu, ako je napríklad v dokumente US4691692 popísaný spôsob zámernej evakuácie teplonosnej kvapaliny mimo kolektora. Takéto opatrenia sú však zamerané skôr na zmiernenie dopadov než na zabránenie vzniku tohto stavu.There are a number of ways in which it is possible to eliminate the negative effects of a stagnation state, such as the method described in US4691692 for intentionally evacuating a heat transfer fluid outside the collector. However, such measures are aimed at mitigating the effects rather than avoiding this.

V zverejnených dokumentoch US7143762 a US7823582 sú popísané konštrukčné riešenia solárneho kolektora, umožňujúce, v prípade potreby, ochladzovanie absorbéra umožnením prietoku vzduchu z vonkajšieho prostredia priestorom skrine kolektora (zo spodnej strany absorbéra). Uvedené riešenia sú síce priamo zamerané na zníženie teploty absorbéra, avšak umožňujú vnikanie cudzorodých látok do inak obvykle hermetickej skrine kolektora, čo sa môže časom odzrkadliť tak na jej tesnosti, ako aj zhoršení vlastností tepelnej izolácie kolektora. Zároveň sa tieto konštrukčné riešenia vyznačujú obnaženou spodnou stranou absorbéra, ktorý týmto nie je v tesnom kontakte s tepelnoizolačnou hmotou, čím sa umožní cirkulácia vzduchu v tomto priestore, ktorá znižuje energetickú účinnosť kolektora.US7143762 and US7823582 disclose solar collector designs that allow, if necessary, cooling the absorber by allowing airflow from the outside to pass through the collector housing (at the bottom of the absorber). While these solutions are directly aimed at lowering the temperature of the absorber, they allow foreign matter to enter the otherwise usually hermetic collector housing, which in time may be reflected both in its tightness and deterioration of the thermal insulation properties of the collector. At the same time, these designs are characterized by the exposed underside of the absorber, which is not in close contact with the heat insulating material, thereby allowing air circulation in the space, which reduces the energy efficiency of the collector.

Ďalším spôsobom, ktorým je možné znižovať teplotu absorbéra počas stagnačného stavu je v dokumente GB2047878 zverejnené zabudovanie potrubného úseku medzi výstupné z vstupné potrubie kolektora vo funkcii krátkeho spojenia by-pass. Súčasťou tohto potrubného úseku je chladič, ktorý zvyšuje teplovýmennú plochu, ktorou je možné teplo odvádzať do okolitého vzduchu. Cirkulácia v skrátenom okruhu prebieha samotiažne. Uvedený spôsob je vhodný pre samostatne zapojený kolektor. Nie je vhodný z priestorových dôvodov do zostáv, kde sú vzájomne spájané paralelne kolektory do jednotlivých skupín. Počas bežnej prevádzky môže byť potrubný úsek s chladičom zdrojom tepelných strát v dôsledku vysokej tepelnej vodivosti materiálu potrubia - medi, ktoré nie je pripojené spôsobom s prerušením tepelného mosta.Another way in which the temperature of the absorber can be reduced during a stagnation state is to disclose in GB2047878 the installation of a pipe section between the outlet of the collector inlet pipe as a short by-pass function. This pipe section includes a cooler which increases the heat exchange surface through which heat can be dissipated into the ambient air. Circulation in a shortened circuit takes place gravity. Said method is suitable for a separately connected collector. It is not suitable for spatial reasons in assemblies where parallel collectors are connected together into individual groups. During normal operation, the conduit section with a heat sink may be a source of heat loss due to the high thermal conductivity of the copper pipe material, which is not connected in a thermal bridge interruption manner.

V dokumente KR100999832 je zverejnené technické riešenie slúžiace na ochranu pred kritickým nárastom teploty teplonosného média v dôsledku stagnačného stavu kolektora, založené na zmene plochy kontaktu lamely absorbéra s potrubím. Predmetný spôsob neznižuje tepelné namáhanie samotného absorbéra, len hydraulického okruhu, respektíve pracovnej látky v potrubí (teplonosnej kvapaliny). Tento spôsob je určený pre trubicové solárne kolektory a tým nie vhodný pre aplikáciu v plochých kolektoroch.KR100999832 discloses a technical solution for protecting against a critical increase in the temperature of the heat transfer medium due to the stagnant state of the collector, based on a change in the contact area of the absorber lamella with the pipe. The present method does not reduce the thermal stress of the absorber itself, only the hydraulic circuit or the working fluid in the piping (heat transfer fluid). This method is intended for tubular solar collectors and thus not suitable for application in flat collectors.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky do značnej miery odstraňuje navrhnutý solárny kolektor s autoochrannou funkciou, ktorý je koncipovaný tak, aby počas stagnačného stavu, alebo tomu blízkeho prevádzkového stavu, vyznačujúceho sa vyššou teplotou absorbéra než je jeho odporúčaná prevádzková teplota, bolo teplo z absorbéra odvádzané na kovovú skriňu kolektora a odtiaľ do okolitého prostredia (predovšetkým vzduchu), čím dôjde k zníženiu teploty absorbéra aj teplonosnej kvapaliny. Je výhodné, že ako výmenník tepla tu slúži samotný povrch kovovej skrine kolektora a j eho teplo výmenná plocha je veľkosťou porovnateľná s plochou absorbéra.These deficiencies are largely eliminated by the proposed solar collector with an auto-protective function, which is designed to remove heat from the absorber to the metal housing of the absorber during a stagnation state or near an operating state characterized by a higher absorber temperature than its recommended operating temperature. and from there to the surrounding environment (mainly air), thereby reducing the temperature of the absorber and the heat transfer fluid. It is advantageous that the surface of the metal housing of the collector serves as the heat exchanger and its heat exchange surface is of a size comparable to that of the absorber.

Počas normálnej prevádzky solárneho kolektora je absorbér od skrine kolektora, a tým aj od okolitého prostredia, dôkladne tepelne odizolovaný.During normal operation of the solar collector, the absorber is thoroughly insulated from the collector housing and thus from the surrounding environment.

Solárny kolektor s autoochrannou funkciou pozostáva predovšetkým zo skrine, transparentného krytu, absorbéra s rozvádzačom, rozdeľovača, zberača, lamelových valcov, tepelnoizolačných blokov, akčného člena a prenosového člena.The solar collector with auto-protective function consists mainly of a cabinet, transparent cover, absorber with distributor, distributor, collector, lamellar cylinders, thermal insulation blocks, actuator and transmission member.

V porovnaní s konvenčným plochým kvapalinovým solárnym kolektorom sú okrem zvlášť tvarovaného absorbéra a spodnej strany skrine kolektora, novými prvkami v konštrukcii predovšetkým otočné uložené lamelové valce, ktoré môžu byť otočené tak, aby boli lamely v kolmej polohe krovine absorbéra kolektora (vtedy dôjde k tepelne vodivému spojeniu absorbéra a zadnej steny skrine kolektora), alebo aby boli s touto rovinou rovnobežné (vtedy je absorbér od skrine kolektora tepelne odizolovaný). Lamelové valce sú tvorené sendvičovou štruktúrou pozostávajúcou z tenkých kovových lamiel (napríklad z hliníkovej fólie), v priestore medzi ktorými sa nachádzajú tepelnoizolačné pásy vyhotovené z lisovanej minerálnej vlny alebo pevnej inertnej penovej tepelnoizolačnej hmoty. Lamely musia mať na oboch koncoch pružné kontaktné plochy, čo je možné dosiahnuť tým, že konce lamiel vystupujúce z lamelových valcov sú zahnuté, alebo vytvárajú slučku. Obe uvedené riešenia sú schopné zabezpečiť dobrý tepelne vodivý kontakt medzi lamelovými valcami, absorbérom a vnútorným povrchom zadnej steny skrine kolektora, bez ohľadu na momentálne teploty jednotlivých súčiastok. Lamelový valec musí tvoriť kompaktný celok, dostatočne pevný na to, aby bolo možné ho otáčať okolo svojej pozdĺžnej osi vyvodením krútiaceho momentu na jeden jeho koniec. Na oboch koncoch lamelových valcov sú pripevnené čapy umožňujúce ich otáčanie okolo svojej pozdĺžnej osi. Čapy zapadajú do puzdier umiestnených z vnútornej strany dvoch protiľahlých bočných stien skrine kolektora. Každý valec je opatrený dvoma čapmi a každý čap zapadá do jedného puzdra. Materiál čapu môže byť pevný plast, ako je polypropylén. Puzdra môžu byť vyhotovené z rovnakého materiálu. Keďže čapy sú v puzdrách uložené kĺzne, je vhodné aby boli vyhotovené takým spôsobom, aby dochádzalo pri ich otáčaní k minimálnemu treniu, čo je možné dosiahnuť hladkým povrchom dosadacích plôch súčiastok a aplikáciou vhodného suchého maziva na báze polytetrafluóretylénu.Compared to a conventional flat liquid solar collector, in addition to the specially shaped absorber and the underside of the collector housing, the new elements in the structure are in particular rotatable lamellar cylinders which can be rotated so that the slats are perpendicular to the collector absorber shrubber. connection of the absorber and the rear wall of the collector housing) or to be parallel to this plane (at which time the absorber is thermally insulated from the collector housing). The lamellar rollers consist of a sandwich structure consisting of thin metal lamellas (for example aluminum foil) in the space between which there are heat-insulating strips made of pressed mineral wool or a solid inert foam heat-insulating material. The slats must have resilient contact surfaces at both ends, which can be achieved by making the ends of the slats protruding from the slat cylinders curved or forming a loop. Both solutions are capable of providing good thermal conductive contact between the vane rollers, the absorber, and the inner surface of the rear wall of the collector housing, regardless of the actual temperatures of the individual components. The vane cylinder must form a compact unit, sufficiently strong to be rotated about its longitudinal axis by applying a torque to one end thereof. Pins are mounted on both ends of the lamellar cylinders to allow their rotation about their longitudinal axis. The pins fit into the housings located on the inside of the two opposite side walls of the collector housing. Each cylinder is provided with two pins and each pin fits into one housing. The pivot material may be a rigid plastic such as polypropylene. The housings may be made of the same material. Since the pins are slidable in the sleeves, it is desirable that they are designed in such a way as to minimize friction when rotated, which can be achieved by the smooth surface of the contact surfaces of the parts and by applying a suitable polytetrafluoroethylene dry grease.

Lamelové valce sa uvádzajú do pohybu na základe podnetu z akčného člena, ktorým môže byť lineárny hydraulický, prípadne pneumatický motor, využívajúci pre vyvodenie silového účinku na piest princíp tepelnej rozťažnosti kvapalín alebo plynov. Akčný člen je uchytený v rohu hornej časti skrine kolektora takým spôsobom, aby bol v tepelne vodivom kontakte s potrubím zberača, netvoril tepelný most medzi potrubím zberača (respektíve absorbérom) a skriňou kolektora a zároveň, aby tvoril pevnú oporu pre vyvodenie dostatočného silového účinku na prenosový člen a následne na lamelové valce v prípade, že je akčný člen v činnosti.The vane rollers are actuated by an actuator, which may be a linear hydraulic or pneumatic motor, utilizing the principle of thermal expansion of liquids or gases to exert a force on the piston. The actuator is mounted in the corner of the upper part of the collector housing in such a way that it is in thermally conductive contact with the collector pipe, does not form a thermal bridge between the collector pipe (or absorber) and the collector housing, while providing a solid support to exert sufficient force on the transmission the member and then on the vane rollers when the actuator is in operation.

Týmto požiadavkám vyhovuje uchytenie akčného člena o potrubie rozvádzača na jednom jeho konci tak, aby bol fixovaný o bočnú stenu skrine kolektora prostredníctvom tepelnoizolačného hranola, vyhotoveného z pevného odolného plastu, akým je polypropylén.These requirements are met by attaching the actuator to the manifold duct at one end thereof so as to be fixed to the side wall of the collector housing by means of a heat-insulating prism made of a rigid, durable plastic such as polypropylene.

Počas normálnej prevádzky solárneho kolektora (pri bežných prevádzkových teplotách) je piest akčného člena v zasunutom stave. Teplota pracovnej látky (kvapaliny alebo plynu) akčného člena závisí od teploty teplonosnej kvapaliny v zberači, preto musí byť tepelne vodivé spojenie potrubia zberača a akčného člena čo najkratšie, aby sa eliminovali tepelné straty tohto spojenia a tepelná zotrvačnosť konštrukčnej skupiny absorbéra solárneho kolektora. Zvyšovaním teploty pracovného média v dôsledku ohrevu kolektora slnečným žiarením dochádza k zväčšovaniu objemu pracovnej látky, ktorá pôsobí tlakovou silou na piest. Po prekonaní trecích síl sa začne piest z valca vysúvať. Pre pootočenie lamelových valcov je potrebné preniesť kontinuálny priamočiary posuvný pohyb piesta, takým spôsobom, aby lamelové valce boli zvýchodzej, teda pasívnej polohy (kedy sú lamely rovnobežné s rovinou absorbéra) uvedené do rotačného pohybu až pri dosiahnutí určitej nastavenej kritickej teploty, ktorá leží nad úrovňou bežných prevádzkových teplôt solárneho systému.During normal operation of the solar collector (at normal operating temperatures), the actuator piston is retracted. The temperature of the actuator (liquid or gas) of the actuator depends on the temperature of the heat transfer fluid in the header, so the thermally conductive connection of the header and actuator piping must be as short as possible to eliminate thermal loss of this connection and thermal inertia of the solar collector absorber. Increasing the temperature of the working medium as a result of the solar collector heating the collector increases the volume of the working substance, which exerts a compressive force on the piston. After overcoming the frictional forces, the piston starts to slide out of the cylinder. To rotate the vane rollers it is necessary to transfer the continuous linear sliding movement of the piston in such a way that the vane rollers are brought into a rotational movement from the normal, ie passive position (when the lamellas are parallel to the absorber plane) until a certain critical temperature is reached. normal operating temperatures of the solar system.

V tej chvíli dôjde k náhlemu alebo postupnému pootočeniu lamelových valcov o 90°, to znamená tak, aby boli lamely v kolmej polohe voči rovine absorbéra a ich konce boli na jednej strane v kontakte s absorbérom a na druhej strane v kontakte so skriňou kolektora.At this point, the lamellar rollers suddenly or gradually rotate through 90 °, i.e., the lamellas are perpendicular to the plane of the absorber and their ends are in contact with the absorber on one side and in contact with the collector housing on the other.

V prípade hydraulického pohonu (pracovnou látkou je kvapalina), kvôli tomu, aby neboli lamelové valce v pohybe nepretržite, sa medzi piestom akčného člena a ťahadlom prenosového člena ponechá priestor, v ktorom prebieha jalová fáza zdvihu. Zmenou dĺžky priestoru pre jalovú fázu zdvihu je možné nastaviť hodnotu kritickej teploty, pri ktorej začne piest vykonávať činnú fázu zdvihu, prenášanú prenosovým členom na lamelové valce, ktoré sa týmto začnú otáčať. Otočenie lamelových valcov pritom bude prebiehať postupne, až po dosiahnutie kolmej polohy lamiel voči rovine absorbéra. Túto polohu lamelových valcov môžeme nazvať aktívna poloha. V aktívnej polohe lamelové valce odvádzajú teplo z absorbéra na povrch skrine kolektora, čím dôjde k zníženiu teploty absorbéra a tým aj pracovnej látky vo valci akčného člena, v dôsledku toho dôjde k zasúvaniu piesta späť do valca akčného člena. Z pohľadu zabezpečenia požadovanej ochrannej funkcie je potrebné zabezpečiť zotrvanie lamelových valcov v aktívnej polohe po určitú dobu, ktorej dĺžku bude možné nastaviť podľa konkrétnych prevádzkovo-technických požiadaviek. Za týmto účelom musí byť prenosový člen vybavený stabilizačnou poistkou, ktorá môže byť riešená ako západka s termostatickým posuvným členom zabezpečujúcim pohyb západky a umožňujúcim nastavenie doby zotrvania lamelových valcov v aktívnej polohe pomocou nastavovacej skrutky.In the case of a hydraulic drive (the working fluid is a liquid), in order to prevent the lamellar cylinders from moving continuously, a space is left between the actuator piston and the transmission member rod in which the reactive phase of the stroke takes place. By varying the length of the space for the reactive stroke phase, it is possible to set the critical temperature value at which the piston begins to perform the active stroke phase transmitted by the transmission member to the vane rollers, which thereby rotate. In this case, the rotation of the lamellar cylinders will take place gradually until the slats are perpendicular to the plane of the absorber. This can be called the active position. In the active position, the lamellar cylinders dissipate heat from the absorber to the collector housing surface, thereby reducing the temperature of the absorber and hence of the working substance in the actuator cylinder, as a result of which the piston is pushed back into the actuator cylinder. In order to ensure the required protection function, it is necessary to ensure that the lamellar cylinders remain in the active position for a certain period of time, the length of which can be adjusted according to the specific operational-technical requirements. For this purpose, the transmission member must be provided with a stabilizing fuse, which can be designed as a latch with a thermostatic slider providing movement of the latch and allowing adjustment of the residence time of the vane rollers in the active position by means of an adjusting screw.

V prípade, že je pracovnou látkou plyn, môže byť súčasťou akčného člena spozd’ovacia poistka, ktorá udrží piest v stlačenom stave až po dosiahnutie kritickej teploty, kedy spozd’ovacia poistka náhle piest uvolní, a ten vykoná celý pracovný zdvih, čím náhle pootočí lamelové valce o celých 90°. Spozd’ovacia poistka môže byť riešená ako západka s termostatickým posuvným členom zabezpečujúcim pohyb západky a umožňujúcim nastavenie spozďovacej poistky na príslušnú hodnotu kritickej teploty pomocou nastavovacej skrutky. Zotrvanie lamelových valcov v aktívnej polohe je taktiež zabezpečené stabilizačnou poistkou umožňujúcou nastavenie doby zotrvania lamelových valcov v aktívnej polohe.If the working substance is a gas, the actuator may include a delay fuse that keeps the piston depressed until it reaches a critical temperature, when the delay fuse suddenly releases the piston and executes the entire working stroke, thereby suddenly turning 90 ° flap rollers. The delay fuse can be designed as a latch with a thermostatic slider to move the latch and allow the delay fuse to be set to the appropriate critical temperature value using an adjusting screw. The stay of the vane rollers in the active position is also ensured by a stabilizing lock allowing adjustment of the residence time of the vane rollers in the active position.

Termostatický posuvný člen musí byť umiestnený tak, aby primerane reagoval na zmeny teploty teplonosnej kvapaliny v zberači. Prenosový člen je koncipovaný tak, aby sa mohol pohybovať v smere svojej pozdĺžnej osi z rozsahu potrebnom pre otočenie lamelových valcov o 90°. Vo svojej východzej polohe, zodpovedajúcej polohe lamelových valcov s lamelami rovnobežne s rovinou absorbéra (pasívna poloha), je prenosový člen udržiavaný pomocou pružiny pôsobiacej axiálne v zmysle proti výsuvu piesta akčného člena. Sila pružiny musí byť dostatočná na zvládnutie trecích síl, ktoré musia prekonať lamelové valce počas svojho otáčania. Prenosový člen pozostáva z ťahadla, ktoré môže byť vyhotovené z pevného plastu a z prevodovej časti zabezpečujúcej prevod rovnomerného priamočiareho pohybu na rotačný pohyb lamelových valcov. Prevodová časť prenosového člena môže byť riešená ako zubový prevod, kde bude ťahadlo na jednej strane opatrené ozubeným hrebeňom zapadajúcim do pastorkov na čapoch lamelových valcov, alebo môže prevodová časť pozostávať z kolíkov uchytených jedným koncom vlamelovom valci a druhým koncom v kulise ťahadla prenosového člena. V tomto prípade je ťahadlo vyhotovené ako ploché a kulisy majú podobu drážok kolmých k pozdĺžnej osi ťahadla. Pohyb kolíkov v kulise ťahadla kompenzuje neaxiálne pohyby počas prenosu priamočiareho posuvného pohybu na otáčavý pohyb lamelových valcov, ku ktorému dochádza pri ich otáčaní. Rozsah pohybu kolíkov v kulise je daný vzdialenosťou kolíka od stredu otáčania lamelového valca (osi čapu) a základnej polohy valcov, ktorú je výhodné nastaviť tak, aby bol uhol, ktorý zviera spojnica osi čapu a kolíka s pozdĺžnou osou ťahadla prenosového člena 45°.The thermostatic slide shall be positioned so as to respond appropriately to changes in the temperature of the heat transfer fluid in the header. The transfer member is designed to be able to move in the direction of its longitudinal axis from the range necessary to rotate the slats 90 °. In its starting position, corresponding to the position of the slat cylinders with the slats parallel to the plane of the absorber (passive position), the transmission member is maintained by a spring acting axially in opposition to the actuator piston extension. The spring force shall be sufficient to cope with the frictional forces which must overcome the lamellar cylinders during their rotation. The transmission member consists of a rod, which may be made of rigid plastic and a transmission part ensuring the conversion of a uniform rectilinear movement to the rotational movement of the lamellar cylinders. The transmission part of the transmission member may be designed as a gear transmission, wherein the drawbar on one side will be provided with a toothed rack engaging the pinions on the pins of the vane rollers, or the transmission portion may consist of pins secured at one end of the vane roller and the other end in the linkage. In this case, the rod is designed as a flat and the slides are in the form of grooves perpendicular to the longitudinal axis of the rod. The movement of the pins in the link shaft compensates for the non-axial movements during transmission of the linear displaceable movement to the rotational movement of the vane rollers that occurs during their rotation. The extent of movement of the pins in the link is determined by the distance of the pin from the center of rotation of the vane roller (pin axis) and the basic position of the rollers, which is advantageously adjusted so that the angle between the pin and pin axis to the longitudinal axis of the rod of the transfer member is 45 °.

Polohu ťahadla v oboch prevedeniach prenosového člena je výhodné zabezpečiť vhodnými klznými alebo valivými vodiacimi prvkami. V prípade zubového prevodu musí byť ťahadlo prenosového člena vedené tak, aby nedošlo k strate kontaktu zubov jednotlivých prevodov, preto musia stáť vodiace prvky oproti pastorkom.The position of the rod in both embodiments of the transfer member is advantageous to be provided by suitable sliding or rolling guide elements. In the case of a gear transmission, the rod of the transmission member must be guided in such a way as not to lose contact of the teeth of the individual gears, therefore the guide elements must stand against the pinion.

Z pohľadu účinnej ochrany solárneho kolektora je výhodné, keď hodnota kritickej teploty je nižšia, ako je hodnota stagnačnej teploty kolektora, čím sa umocní ochranný účinok pred vysokými prevádzkovými teplotami. Na druhej strane, ak bude hodnota kritickej teploty príliš nízka (bude ležať blízko hornej hranice bežne dosahovaných teplôt počas normálnej prevádzky solárneho zariadenia), môže dochádzať k zbytočne častému angažovaniu systému lamelových valcov, a tým zníženiu množstva tepla získaného solárnym systémom.From the viewpoint of effectively protecting the solar collector, it is preferred that the critical temperature value is lower than the stagnant temperature of the collector, thereby enhancing the protective effect against high operating temperatures. On the other hand, if the critical temperature is too low (near the upper limit of the temperatures normally reached during normal operation of the solar system), the lamellar cylinder system may become unnecessarily frequent and thus reduce the amount of heat generated by the solar system.

Je výhodné, že solárny kolektor s autoochrannou funkciou je koncipovaný tak, aby v prípade dosiahnutia teploty absorbéra ležiacej nad úrovňou akceptovateľnou pre zabezpečenie dlhodobej spoľahlivosti, stability a životnosti solárnych systémov, bolo teplo z absorbéra samočinne odvedené na tepelne vodivú skriňu kolektora a odtiaľ do okolitého prostredia, bez potreby cudzieho podnetu alebo zdroja energie.Advantageously, the solar collector with auto-protective function is designed so that when the temperature of the absorber is above a level acceptable to ensure long-term reliability, stability and durability of solar systems, the heat from the absorber is automatically transferred to the thermally conductive collector housing and from there , without the need for a foreign stimulus or power source.

Je výhodné, že odvádzanie tepla z absorbéra je celoplošné.It is preferred that heat dissipation from the absorber is nationwide.

Je výhodné, že konštrukcia solárneho kolektora s autoochrannou funkciou je hermetická a nedochádza tak ku kontaktu vnútorných častí kolektora so vzduchom z vonkajšieho prostredia, prípadne k vnikaniu vlhkosti a nečistôt do skrine kolektora.It is advantageous that the design of the solar collector with an auto-protective function is hermetic and thus does not allow the internal parts of the collector to come into contact with air from the outside, or to enter moisture and dirt into the collector housing.

Absorbér solárneho kolektora s autoochrannou funkciou, rovnako ako zadná stena skrine kolektora musia byť tvarované tak, aby bol zabezpečený ich kontakt s lamelovými valcami.The solar collector absorber with auto-protective function, as well as the rear wall of the collector housing, shall be shaped so as to ensure their contact with the lamellar cylinders.

Je výhodné, že hodnotu kritickej teploty a dĺžku doby, v ktorej lamelové valce zostávajú v aktívnej polohe je možné nastaviť podľa konkrétnych prevádzkovo-technických požiadaviek prostredníctvom nastavovacích skrutiek spozďovacej a stabilizačnej poistky, respektíve voľbou dĺžky jalovej fázy zdvihu piesta akčného člena.It is advantageous that the critical temperature value and the length of time in which the vane rollers remain in the active position can be adjusted according to the particular operational-technical requirements by adjusting the delay and stabilizing fuse adjusting screws or by selecting the reactive phase stroke length of the actuator piston.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Na priložených výkresoch je na obr. 1 v priečnom reze znázornený solárny kolektor s autoochrannou funkciou, ktorého lamelové valce sú v pasívnej polohe. Šípkami je znázornené vedenie tepla v absorbéri.In the accompanying drawings, FIG. 1 shows a cross-sectional view of a solar collector with an auto-protective function, whose lamellar cylinders are in a passive position. The arrows show the heat conduction in the absorber.

Na obr. 2 je znázornený solárny kolektor s autoochrannou funkciou podľa obr. 1, ktorého lamelové valce sú v aktívnej polohe. Šípky znázorňujú prenos tepla z absorbéra prostredníctvom lamiel lamelového valca na zadnú stenu skrine kolektora.In FIG. 2 shows a solar collector with an auto-protective function according to FIG. 1, whose lamellar rollers are in the active position. The arrows show the heat transfer from the absorber through the lamellae to the rear wall of the collector housing.

Na obr. 3 je znázornený solárny kolektor s autoochrannou funkciou v čelnom, z hornej strany mierne sklopenom pohľade. Kvôli lepšej názornosti je na obrázku vynechaná horná bočná stena skrine kolektora.In FIG. 3 shows a solar collector with an auto-protective function in a front view, slightly tilted from the top. For the sake of clarity, the upper side wall of the collector housing is omitted.

Na obr. 4 je znázornený detail lamelového valca s pružnými kontaktnými plochami.In FIG. 4 shows a detail of a lamella cylinder with resilient contact surfaces.

Na obr. 5 je znázornená konštrukčná skupina akčného a prenosového člena. Kvôli lepšej názornosti je na obrázku vynechaná horná bočná stena skrine kolektora.In FIG. 5 shows the actuator and transfer member assembly. For the sake of clarity, the upper side wall of the collector housing is omitted.

Na obr. 6 je znázornená konštrukčná skupina akčného a prenosového člena. Lamelové valce sú zobrazené v aktívnej polohe. Kvôli lepšej názornosti je na obrázku vynechaná horná bočná stena skrine kolektora.In FIG. 6 shows the actuator and transmission member assembly. The vane rollers are shown in the active position. For the sake of clarity, the upper side wall of the collector housing is omitted.

Na obr. 7 je znázornená konštrukčná skupina akčného a prenosového člena podľa obr. 6, s lamelovými valcami v pasívnej polohe.In FIG. 7 shows the actuator assembly of FIG. 6, with the laminated rollers in the passive position.

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Príklad 1Example 1

Solárny kolektor s autoochrannou funkciou znázornený na obrázkoch 1, 2 a 3 pozostáva zo skrine 1, ktorá môže byť vyhotovená z hliníkovo - horčíkovej zliatiny, ktorej zadná stena je tvarovaná tak, aby vytvárala paralelné valcové plochy. Prednú stranu kolektora tvorí transparentný kryt 2, vyhotovený zo skla, alebo plastu, akým je transparentný polykarbonát. Absorbér 3, je tvorený do valcových plôch vytvarovanými lamelami z medeného alebo hliníkového plechu prichytenými na potrubie rozvádzača 4 v tvare registra, do ktorého je solárna kvapalina privádzaná z rozdeľovača 5 a odvádzaná do zberača 6. Vo vnútri skrine solárneho kolektora, v priestore medzi tvarovanými lamelami absorbéra a tvarovanou zadnou stenou skrine solárneho kolektora sú umiestnené lamelové valce 7, tvorené sendvičovou štruktúrou pozostávajúcou z tenkých kovových lamiel 8, ktoré môžu byť vyhotovené z hliníkovej fólie, v priestore medzi ktorými sa nachádzajú tepelnoizolačné pásy 9 vyhotovené z lisovanej minerálnej vlny. Jednotlivé vrstvy môžu byť spolu spojené lepením a podľa potreby vystužené armatúrou vo vrstve minerálnej vlny, tvorenou skleným vláknom. Lamelové valce majú na koncoch umiestnené čapy 10, vyhotovené z plastu, prostredníctvom ktorých sú lamelové valce uložené v plastových puzdrách 11, prichytených na protiľahlých bočných stenách skrine solárneho kolektora napríklad lepeným spojom. V priestore medzi jednotlivými lamelovými valcami sa nachádzajú tepelnoizolačné bloky 12, vyhotovené napríklad z lisovanej minerálnej vlny a pevne prichytené k vnútornej strane zadnej steny skrine solárneho kolektora napríklad lepeným spojom. V hornej časti skrine solárneho kolektora je v jednom z rohov skrine umiestnený akčný člen 13, ktorého tvar umožňuje jeho dobré priliehanie k potrubiu zberača. Spojenie akčného člena a zberača zahŕňa tepelne vodivý kontakt kovových prvkov vyhotovených najlepšie z medi, prípadne z mosadze. Kvôli lepšej opore môže byť akčný člen fixovaný o bočnú stenu skrine kolektora prostredníctvom tepelnoizolačného hranola 14, vyhotoveného z pevného odolného plastu, akým je polypropylén Na akčný člen nadväzuje prenosový člen 15, sprostredkujúci prenos silového účinku z akčného člena na lamelové valce.The solar collector with auto-protective function shown in Figures 1, 2 and 3 consists of a housing 1, which may be made of an aluminum-magnesium alloy whose rear wall is shaped to form parallel cylindrical surfaces. The front side of the collector comprises a transparent cover 2 made of glass or plastic such as transparent polycarbonate. The absorber 3 is formed into cylindrical surfaces by shaped lamellas of copper or aluminum sheet attached to the manifold-shaped manifold 4 to which the solar liquid is fed from the distributor 5 and discharged to the collector 6. Inside the solar collector housing, in the space between the shaped lamella The lamella rollers 7 are formed by a sandwich structure consisting of thin metal lamellas 8, which may be made of aluminum foil, in the space between which there are heat-insulating strips 9 made of pressed mineral wool. The individual layers can be joined together by gluing and, if necessary, reinforced with an armature in a glass wool mineral fiber layer. The lamellar rollers have end-sided pins 10 made of plastic, by means of which the lamellar rollers are housed in plastic sleeves 11, attached to the opposite side walls of the solar collector housing, for example by gluing. In the space between the individual lamellar cylinders there are heat-insulating blocks 12, made, for example, of pressed mineral wool and firmly attached to the inside of the rear wall of the solar collector housing, for example by gluing. In the upper part of the solar collector housing, an actuator 13 is arranged in one of the corners of the housing, the shape of which allows it to fit snugly against the collector pipe. The connection of the actuator and the collector comprises a thermally conductive contact of metal elements preferably made of copper or brass. For better support, the actuator may be fixed to the side wall of the collector housing by means of a heat-insulating prism 14 made of a rigid resistant plastic such as polypropylene. The actuator is followed by a transfer member 15 mediating transmission of force from the actuator to the lamellar cylinders.

Príklad 2Example 2

Lamely 8 lamelových valcov 7_solámeho kolektora s autoochrannou funkciou na obrázku 4 sú vyhotovené z hliníkovej fólie a na oboch koncoch majú pružné kontaktné plochy 16 vytvárajúce slučky vystupujúce nad úroveň tepelnoizolačných pásov 9. Kontaktné plochy priliehajú k spodnej strane absorbéra 3, pričom toto riešenie umožňuje pružnú kompenzáciu dilatačných pohybov, rovnako ako nízke trenie počas otáčania lamelových valcov.The lamellae 8 of the collector lamellae 7 of the collector with auto-protective function in Fig. 4 are made of aluminum foil and have elastic contact surfaces 16 forming at both ends forming loops extending above the level of the thermal insulation strips 9. The contact surfaces abut against the underside of the absorber 3. expansion movements as well as low friction during the rotation of the vane rollers.

Príklad 3Example 3

Akčný člen 13 solárneho kolektora s autoochrannou funkciou na obrázku 5 je tvorený lineárnym pneumatickým motorom, ktorého pracovnou látkou je plyn. Prenosový člen 15 pozostáva z ťahadla 17 a prevodovej časti, tvorenej ozubeným hrebeňom 18, umiestneným na jednej strane ťahadla a pastorkom 19 umiestneným na hornom čape 10 lamelového valca 7. Spätný pohyb prenosového člena zabezpečuje pružina 20. Dráhu ťahadla vymedzujú a dostatočný kontakt ozubenia prevodovej časti zabezpečujú vodiace prvky 21, umiestnené oproti pastorkom. Súčasťou akčného člena je spozd’ovacia poistka 22 so západkou 23, termostatickým posuvným členom 24 a nastavovacou skrutkou 25. Súčasťou prenosového člena je stabilizačná poistka 26.The solar collector actuator 13 with an auto-protective function in Figure 5 is formed by a linear pneumatic motor whose working substance is gas. The transmission member 15 consists of a drawbar 17 and a transmission part formed by a rack 18 located on one side of the drawbar and a pinion 19 located on the upper pin 10 of the vane cylinder 7. The return movement of the transmission member is ensured by spring. provided by guide elements 21 positioned opposite the pinions. The actuator includes a delay fuse 22 with a latch 23, a thermostatic slide 24, and an adjusting screw 25. The stabilizer fuse 26 is included.

Príklad 4Example 4

Akčný člen 13 solárneho kolektora s autoochrannou funkciou na obrázku 6 a 7 je tvorený lineárnym hydraulickým motorom. Prenosový člen 15 pozostáva z ťahadla 17, ktoré je vyhotovené v plochom prevedení a prevodovej časti, pozostávajúcej z kolíkov 27 uchytených v lamelových valcoch 7 a kulís 28 v tvare priečnych drážok, vytvorených v telese ťahadla, v ktorých sa kolíky pohybujú. Spätný pohyb prenosového člena zabezpečuje pružinaThe solar collector actuator 13 with auto-protective function in Figures 6 and 7 is formed by a linear hydraulic motor. The transmission member 15 consists of a rod 17 which is made in a flat design and a transmission part consisting of pins 27 mounted in lamellar cylinders 7 and cross-groove slots 28 formed in the rod body in which the pins move. The return movement of the transfer member is provided by a spring

20. Súčasťou prenosového člena je stabilizačná poistka 26 so západkou 23, termostatickým posuvným členom 24 a nastavovacou skrutkou 25. Medzi piestom akčného člena a tiahlom prenosového člena je ponechaný priestor, v ktorom prebieha jalová fáza zdvihu piesta akčného člena.20. The transmission member includes a stabilizing fuse 26 with a latch 23, a thermostatic slide 24, and an adjusting screw 25. A space is left between the actuator piston and the transmission member rod, in which the reactive phase of the actuator piston stroke extends.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Solárny kolektor s autoochrannou funkciou je využiteľný v oblasti solárnej tepelnej techniky, predovšetkým pri vytváraní kvapalinových solárnych systémov, ktoré pracujú v podmienkach, kedy často dochádza k prevádzkovým stavom, vyznačujúcim sa nežiadúco vysokými teplotami absorbéra. Jedná sa napríklad o solárne systémy dimenzované na celoročnú prevádzku, ktoré preto v letnom období vykazujú výrazné prebytky tepla, respektíve solárne systémy, inštalované v podmienkach s častými výpadkami dodávky elektrickej energie.A solar collector with an auto-protective function is useful in the field of solar thermal technology, especially in the production of liquid solar systems that operate under conditions where operating conditions are often characterized by undesirably high absorber temperatures. These are, for example, solar systems designed for year-round operation, which therefore show significant heat surpluses in summer, or solar systems installed in conditions with frequent power outages.

Claims

Solar collector with auto-protective function, characterized in that between the shaped parallel sections of the absorber (3) and the rear wall of the housing (1) there are assembled lamellar cylinders (7), rotatably mounted, made of metal lamellas (8) and thermal insulation strips (9). pins (10) in the housings (11), the rotation of which is mediated by a transfer member (15) from the actuator (13).

Solar collector with auto-protective function according to claim 1, characterized in that the actuator (13) is formed by a linear hydraulic or pneumatic motor, which is thermally conductively attached to the manifold (6).

Solar collector with an auto-protective function according to claim 1, characterized in that the transmission member (13) directly mechanically connected to the actuator (15) is formed by a drawbar (17) and a transmission part consisting of a toothed gear on one side a ridge (18) and a pinion (19) located on the upper pins (10) of the vane rollers (7).

Solar collector with an auto-protective function according to claim 1, characterized in that the indirectly mechanically connected transmission member (15) is connected to the actuator (13) by means of a flat rod (17) and a transmission part consisting of a cross-member (28). grooves formed in the rod (17) into which the pins (27) engage in the lamellar cylinders (7) fit.

Solar collector with auto-protective function according to claim 1, characterized in that it comprises a stabilizing fuse (26) which is thermally conductively attached to the manifold (6) and which controls the stay of the lamellar rollers (7) in the active position.

Solar collector with auto-protective function according to claim 1, characterized in that it may comprise a delay fuse (22) which is thermally conductively attached to the collector pipe (6) or to the actuator (13) and which serves to control conditions under which the actuator (13) is actuated.

Solar collector with auto-protective function according to claim 1, characterized in that the lamellas (8) of the lamellar cylinders (7) have resilient contact surfaces (16) forming loops.

11-42.