UA113027U

UA113027U - PLANE SOLAR COLLECTOR

Info

Publication number: UA113027U
Application number: UAU201606384U
Authority: UA
Priority date: 2016-06-13
Filing date: 2016-06-13
Publication date: 2017-01-10

Abstract

Плоский сонячний колектор містить коробчастий корпус з прозорою кришкою, нижній вхідний і верхній вихідний патрубки та абсорбер. Між прозорою кришкою і абсорбером розміщена прозора термостійка плівка, абсорбер виконаний із вертикальними паралельними циркуляційними каналами з формою поперечного перерізу у вигляді зрізаної піраміди з кутом нахилу твірної до осі 60 °, зовнішня поверхня якого виконана у вигляді пірамідальних мікронерівностей шорсткості і покрита селективним чорним матовим теплопоглинаючим покриттям.The flat solar collector includes a box housing with a transparent cover, lower inlet and upper outlet nozzles and an absorber. Between the transparent cover and the absorber there is a transparent heat-resistant film, the absorber is made with vertical parallel circular channels with a cross-section in the form of a cut pyramid with an inclination of the genera tive to the axis 60 °, the outer surface of which is made in the form of pyramidal microcircuits. .

Description

Корисна модель належить до геліотехніки, а саме до перетворювачів енергії сонячного випромінювання в теплову енергію, і може бути використана у системах теплозабезпечення та гарячого водопостачання споруд.The useful model belongs to solar technology, namely to converters of solar radiation energy into thermal energy, and can be used in systems of heat supply and hot water supply of buildings.

Відомий сонячний колектор |1| містить порожнистий корпус з паралельними плоскими днищем і прозорою кришкою, патрубки для підведення й відведення теплоносія, а також розміщені в порожнині корпуса паралельні кутики, які орієнтовані вершинами в бік прозорої кришки, а між кутиками поперек порожнини корпуса змонтовано пластини. Недоліком цього сонячного колектора є низька ефективність поглинання сонячного випромінювання при зміні кута падіння сонячних променів, оскільки пластини затінюють частину поверхні кутиків.A known solar collector |1| contains a hollow body with parallel flat bottoms and a transparent cover, nozzles for supplying and removing the heat carrier, as well as parallel corners placed in the body cavity, which are oriented with their tops towards the transparent cover, and plates are mounted between the corners across the body cavity. The disadvantage of this solar collector is the low efficiency of absorbing solar radiation when the angle of incidence of the sun's rays changes, since the plates shade part of the surface of the corners.

Найбільш близьким за технічною суттю до пропонованого технічного рішення та вибраним як прототип є сонячний водонагрівач (2), який складається з коробчастого корпусу зі світлопрозорою теплоїзолюючою герметично встановленою кришкою і розташованого всередині корпусу абсорбера, що має нижній вхідний і верхній вихідний патрубки, пропущені через отвори в бокових стінках корпусу, і виконаний у вигляді скріплених між собою по периметру двох листоштампованих зачорненої поглинаючої верхньої і опорної нижньої панелей, розташованих одна відносно одної із зазором, що утворює щілинний проточний канал для теплоносія. Абсорбер виконано з поздовжніми і поперечними рядами симетрично розташованих з однаковим кроком на верхній і нижній панелях вм'ятин, які мають форму зрізаних пірамід або конусів з кутом нахилу грані до осі у - 40-50". Панелі скріплені між собою і утворюють поздовжні та поперечні щілинні проточні канали.The closest in terms of technical essence to the proposed technical solution and selected as a prototype is the solar water heater (2), which consists of a box body with a transparent heat-insulating hermetically installed cover and an absorber located inside the body, which has lower inlet and upper outlet pipes, passed through holes in on the side walls of the case, and is made in the form of two sheet-stamped blackened absorbent upper and supporting lower panels fastened together along the perimeter, located relative to each other with a gap that forms a slotted flow channel for the coolant. The absorber is made with longitudinal and transverse rows of dents symmetrically located with the same step on the upper and lower panels, which have the form of truncated pyramids or cones with an angle of inclination of the face to the y axis - 40-50". The panels are fastened together and form longitudinal and transverse slotted flow channels.

Прототип і корисна модель, що заявляється, мають наступні спільні ознаки: - коробчастий корпус; - прозора кришка; - абсорбер; - нижній вхідний і верхній вихідний патрубки. Конструкція за прототипом має низку суттєвих недоліків. По-перше, значення кута нахилу грані до осі зрізаної піраміди або конуса у - 40-50", що не є оптимальним з точки зору максимального поглинання енергії сонячного випромінювання, відповідно до результатів наукових досліджень |З|.The prototype and the claimed useful model have the following common features: - box body; - transparent cover; - absorber; - lower inlet and upper outlet nozzles. The design according to the prototype has a number of significant shortcomings. Firstly, the value of the angle of inclination of the face to the axis of the truncated pyramid or cone is 40-50", which is not optimal from the point of view of the maximum absorption of solar radiation energy, according to the results of scientific research |Z|.

По-друге, технологічно складна конструкція абсорбера, яка включає зварне (паяне)Secondly, the technologically complex design of the absorber, which includes welded (soldered)

Зо з'єднання верхніх і нижніх частин панелей у попарно сполучені між собою напівциліндри, що утворюють нижній вхідний і верхній вихідний колектори. Така конструкція з'єднання збільшує сумарну довжину зварних (паяних) швів, що підвищує трудомісткість виготовлення і знижує надійність виробу.From the connection of the upper and lower parts of the panels, semi-cylinders are connected in pairs, forming the lower inlet and upper outlet collectors. This design of the connection increases the total length of welded (soldered) seams, which increases the complexity of manufacturing and reduces the reliability of the product.

По-третє, пінополістирол, з якого виконано корпус прототипу, нестійкий до механічних пошкоджень.Thirdly, polystyrene, from which the body of the prototype is made, is not resistant to mechanical damage.

В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечити максимальне поглинання теплового випромінювання при різних значеннях кута падіння сонячних променів шляхом збільшення площі верхньої контактної поверхні абсорбера та зменшення теплових втрат із застосуванням простої технології штампування панелей та збирання плоского сонячного колектора.The useful model is based on the task of ensuring maximum absorption of thermal radiation at different values of the angle of incidence of solar rays by increasing the area of the upper contact surface of the absorber and reducing heat losses using a simple technology of stamping panels and assembling a flat solar collector.

Для гарячого водопостачання приміщень потрібна різниця температур АТ - 20-50 С, що забезпечують поглинаючі властивості абсорбера плоского сонячного колектора, що заявляється, навіть при середній інтенсивності сонячного випромінювання 500-600 Вт/м.For the hot water supply of the premises, a temperature difference of 20-50 C is required, which ensures the absorption properties of the absorber of the claimed flat solar collector, even with an average intensity of solar radiation of 500-600 W/m.

Поставлена задача вирішується тим, що нерухомий плоский сонячний колектор оснащений абсорбером з чорної листової сталі із виштампуваними паралельними каналами для циркуляції теплоносія, які мають форму поперечного перерізу у вигляді зрізаної піраміди з кутом нахилу твірної до осі у - 60". Оптимальне значення цього кута підтверджується публікацією (ЗІ.The task is solved by the fact that the stationary flat solar collector is equipped with an absorber made of black sheet steel with stamped parallel channels for the circulation of the heat carrier, which have a cross-sectional shape in the form of a truncated pyramid with an angle of inclination of the product to the y axis - 60". The optimal value of this angle is confirmed by the publication (ZI.

Внаслідок деякої непаралельності площин верхнього і нижнього листів абсорбера, яка виникає в результаті відхилення в допустимих межах розмірів виштампованих циркуляційних каналів, у місцях дотику їх впадин утворені мікроканали, якими також циркулює теплоносій. Зовнішня поверхня абсорбера оброблена спеціальним інструментом так, що виступи мікронерівностей шорсткості мають пірамідальну форму, після чого на неї нанесене селективне чорне матове теплопоглинаюче покриття на основі чорного цинку. Застосування чорного цинку підвищує селективність та корозійну стійкість покриття абсорбера, оскільки значення поглинальної властивості покритої поверхні у діапазоні сонячного випромінювання Хс - 0,9 при рівні випромінювальної властивості у діапазоні інфрачервоного випромінювання єт - 0,1. Таке виконання абсорбера забезпечує ефективне поглинання енергії сонячного випромінювання протягом світлового дня.As a result of some non-parallelism of the planes of the upper and lower sheets of the absorber, which occurs as a result of a deviation within the permissible limits of the dimensions of the stamped circulation channels, microchannels are formed in the places of contact of their depressions, through which the coolant also circulates. The outer surface of the absorber is processed with a special tool so that the protrusions of micro-uniformities of roughness have a pyramidal shape, after which a selective black matte heat-absorbing coating based on black zinc is applied to it. The use of black zinc increases the selectivity and corrosion resistance of the absorber coating, since the value of the absorptive property of the covered surface in the range of solar radiation is 0.9, while the level of radiative property in the range of infrared radiation is 0.1. This design of the absorber ensures efficient absorption of solar radiation energy during the daylight hours.

Для зменшення теплових втрат від конвективних потоків повітря в плоскому сонячному бо колекторі, що заявляється, між скляною кришкою та абсорбером на відстані 5 мм від верхньої частини абсорбера встановлена прозора полімерна термостійка плівка, а об'єм між металевим корпусом та нижньою і боковими частинами абсорбера заповнений пінополістиролом. Корпус виготовлений з коробчастого стального листового профілю із нанесеним захисним алюмоцинковим покриттям.To reduce heat losses from convective air flows in the proposed flat solar collector, a transparent polymer heat-resistant film is installed between the glass cover and the absorber at a distance of 5 mm from the upper part of the absorber, and the volume between the metal body and the lower and side parts of the absorber is filled Styrofoam. The body is made of a box-shaped steel sheet profile with a protective alumino-zinc coating.

На Фіг. 1 зображено загальний вигляд конструкції плоского сонячного колектора.In Fig. 1 shows the general view of the construction of a flat solar collector.

Плоский сонячний колектор (Фіг. 1) складається з стального коробчастого корпусу 1 із прозорою скляною кришкою 2, яка зафіксована штапиками 3, що саморізами 4 прикручені до корпусу 1. Абсорбер 5 розміщений у корпусі 1 і теплоїзольований знизу та з боків пінополістиролом 6. Між скляною кришкою 2 і абсорбером 5 встановлена прозора термостійка полімерна плівка 7. До верхнього листа абсорбера 5 припаяні вхідний 8 і вихідний (на Фіг. 1 не показаний) кутові фітинги, в які закручені нижній вхідний патрубок 9 і верхній вихідний патрубок 10.The flat solar collector (Fig. 1) consists of a steel box body 1 with a transparent glass cover 2, which is fixed with studs 3, which are screwed to the body 1 with self-tapping screws 4. The absorber 5 is placed in the body 1 and thermally insulated from the bottom and sides with polystyrene foam 6. Between the glass a transparent heat-resistant polymer film 7 is installed on cover 2 and absorber 5. Inlet 8 and outlet (not shown in Fig. 1) corner fittings are soldered to the upper sheet of absorber 5, into which the lower inlet pipe 9 and the upper outlet pipe 10 are screwed.

Форма поперечного перерізу паралельних циркуляційних каналів (Фіг. 2) має вигляд зрізаної піраміди з кутом нахилу твірної до осі у - 60".The shape of the cross-section of the parallel circulation channels (Fig. 2) has the form of a truncated pyramid with an angle of inclination of the generator to the axis y - 60".

Плоский сонячний колектор працює наступним чином. Його закріплюють, наприклад, на даху споруди, а нижній вхідний патрубок 9 і верхній вихідний патрубок 10 приєднують до трубопроводів системи гарячого водопостачання або опалення. Сонячне проміння крізь прозору скляну кришку 2 та прозору термостійку полімерну плівку 7 потрапляє на зовнішню поверхню обробленого селективним покриттям абсорбера 5, що забезпечує максимальне поглинання теплоти при мінімальному рівні відбивання сонячних променів. При цьому відбувається нагрівання абсорбера 5, від якого теплота передається теплоносію. За рахунок різниці температур, та відповідно різниці густим теплоносія в зоні нижнього вхідного патрубка 9 і верхнього вихідного патрубка 10 створюється циркуляція теплоносія. Також можлива примусова циркуляція теплоносія за допомогою циркуляційного насоса. Нагрітий теплоносій через верхній вихідний патрубок 10 подається до споживача, від якого повертається охолодженим і через нижній вхідний патрубок 9 надходить у абсорбер 5. Прозора полімерна термостійка плівка 7 та пінополістирол б, який має низьку теплопровідність, низьку щільність і високу водостійкість, зменшують втрати теплоти.A flat solar collector works as follows. It is fixed, for example, on the roof of the building, and the lower inlet pipe 9 and the upper outlet pipe 10 are connected to the pipelines of the hot water supply or heating system. The sun's rays pass through the transparent glass cover 2 and the transparent heat-resistant polymer film 7 onto the outer surface of the absorber 5 treated with a selective coating, which ensures maximum absorption of heat with a minimum level of reflection of the sun's rays. At the same time, the absorber 5 is heated, from which the heat is transferred to the coolant. Due to the difference in temperature and, accordingly, the difference in the thickness of the coolant in the area of the lower inlet nozzle 9 and the upper outlet nozzle 10, circulation of the coolant is created. Forced circulation of the heat carrier using a circulation pump is also possible. The heated coolant through the upper outlet pipe 10 is supplied to the consumer, from which it returns cooled and through the lower inlet pipe 9 enters the absorber 5. Transparent polymer heat-resistant film 7 and expanded polystyrene b, which has low thermal conductivity, low density and high water resistance, reduce heat loss.

Плоский сонячний колектор, що заявляється, пройшов заводські випробування і показавThe claimed flat solar collector has passed factory tests and has shown

Зо високі технічні характеристики нарівні із закордонними моделями. Для порівняння було використано сонячний колектор німецької фірми "Мої.It has high technical characteristics on a par with foreign models. For comparison, a solar collector of the German company "Moi.

Сонячний колектор виготовляється повністю 3 вітчизняних матеріалів. Вартість запропонованого сонячного колектора в 2,5-4 рази дешевша ніж закордонних. При багатосерійному виробництві вартість колектора може бути ще нижчою.The solar collector is made entirely of 3 domestic materials. The cost of the proposed solar collector is 2.5-4 times cheaper than foreign ones. With mass production, the cost of the collector can be even lower.

Конструктивне виконання запропонованого плоского сонячного колектора дозволяє використовувати високопродуктивну технологію виготовлення, автоматизувати та механізувати ряд технологічних операцій, що дає можливість масового виробництва сонячних колекторів вThe design of the proposed flat solar collector allows using high-performance manufacturing technology, automating and mechanizing a number of technological operations, which makes it possible to mass produce solar collectors in

Україні.Ukraine.

Джерела інформації: 1. Патент України на корисну модель Мо 74755, МПК Е24у 2/20, Е24) 2/22. Сонячний тепловий колектор //. О. Мікульонок, заявник і патентовласник - Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут".- Ме и 2012 04890; заявл. 18.04.2012; опубл. 12.11.2012, Бюл. Мо 21. 2. Патент України на винахід Мо 22748 А, МПК Е24)у 2/20. Сонячний водонагрівач / Д. Л.Sources of information: 1. Patent of Ukraine for utility model Mo 74755, IPC E24u 2/20, E24) 2/22. Solar thermal collector //. O. Mikulonok, applicant and patent owner - National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute". - May 2012 04890; statement 04/18/2012; published 12.11.2012, Bull. Mo 21. 2. Patent of Ukraine for the invention Mo 22748 A, IPC E24)u 2/20. Solar water heater / D. L.

Міцкевич, В. М. Ільїн, заявник і патентовласник -автори. - Мо 97126408; заявл. 29.12.1997; опубл. 30.06.1998, Бюл. Ме3. 3. Шаповал С.П. Ефективність системи теплопостачання на основі сонячного колектора за зміни кута надходження теплового потоку / С.П. Шаповал, О.Т. Возняк, О.С. Дацько // Вісн. Нац. ун-ту "Львів, політехніка". - 2009. - Мо 655. - С. 299-302.Mickevich, V. M. Ilyin, applicant and patent owner - authors. - MO 97126408; statement 29.12.1997; published 30.06.1998, Bull. Me3. 3. Shapoval S.P. Efficiency of the heat supply system based on the solar collector for changes in the angle of arrival of the heat flow / S.P. Shapoval, O.T. Wozniak, O.S. Datsko // Visn. National Lviv Polytechnic University. - 2009. - Mo 655. - P. 299-302.

Claims

UTILITY MODEL FORMULA A flat solar collector that includes a box body with a transparent cover, lower inlet and upper outlet nozzles and an absorber, which is distinguished by the fact that a transparent heat-resistant film is placed between the transparent cover and the absorber, the absorber is made with vertical parallel circulation channels with a cross-sectional shape in the form of a truncated pyramid with an angle of inclination to the axis of 60", the outer surface of which is made in the form of pyramidal micro-uniformities of roughness and is covered with a selective black matte heat-absorbing coating.