Солнечный коллектор

Солнечный коллектор

F  2412/24 (2006.01)

Прототип заявка № 2008125531

Изобретение относится  к солнечным коллекторам и  предназначено для повышения  качества его работы.

Известен коллектор  солнечной энергии – см. патент RU № 2258087F2412/24,содержащий внутреннюю стеклянную оболочку с прикрепленными к ней трубками для подвода и отвода жидкости и с нанесенными на её наружную поверхность теплопоглощающим покрытием, где коллектор дополнительно снабжен внешней оболочкой, выполненной в виде плоского объема с полуцилиндрическими гранями по бокам и снабженной расположенными продольными элементами, в которую помещена внутренняя оболочка, при этом внутренняя оболочка снабжена разделительными стеклянными пластинами , выполненными в форме лабиринта, а внутренняя поверхность наружной оболочки выполнена зеркальной и с фронтальной стороны прозрачной для солнечных лучей,а с обратной не прозрачной.

Известное изобретение  наряду с несомненными достоинствами  имеет и серьезные недостатки. Первое-  конструктивные решения, в частности выполнение его из стекла не позволяет обеспечить надежность в его работе. Второе- устройство требует серьезных затрат на его изготовление, что делает его применение экономически не целесообразным. 

2

Известный солнечный  воздухонагреватель (патент RU № 2193147, 7F2412/24, 2/34), включающий коллектор двухцелевого назначения, светопрозрачное покрытие, теплоноситель в виде воды и воздуха, аккумуляторы тепла. В солнечном воздухонагревателе аккумулятор тепла выполнен двухслойным, причем нижний слой гравийный, а верхний песчаный, трубв теплоотвода изготовлена синусоидальной формы и частично утоплена в песчаном слое аккумулятора тепла, у входа трубы установлен кран для переключения теплоносителя, при этом воздухонагреватель размещен под кглом 30-60 ° в зависимости от широты местности. Известное изобретение достаточно сложно в изготовлении, материалоемко и, как показал опыт его практической реализации, имеет существенный недостаток, заключаюшийся в достаточно низком КПД, что делает его применение в ряде случаев экономически нецелесообразным.

Известен так  же солнечны коллектор (патент RU № 2194929, 7F2412/15, 2/24) содержащий корпус со светопрозрачным покрытием и расположенный в нижней его части теплоприемником, между которыми установлены отражательные элементы в виде зеркальных клиновидных призм. В коллекторе теплоприемник выполнен в виде верхней прозрачной поверхности на которой установлены призмы и нижней стенки, центральная часть которой снабжена полусфирическими выступами, расположенными в шахматном порядке, контактирующими и поддерживающими своими вершинами верхнюю поверхность теплообменника, а края нижней его стенки выполнены в виде вогнутых полуцилиндрисческих поверхностей для размещения в них труб с низкокипящим теплоносителем, причем прозрачная поверхность теплообменника впукло выпуклой, а сами призмы- тонкостенными и полыми с вогнутыми боковыми гранями и впукло- выпуклым основанием, точно контактирующим с прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей, плоскость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника в вершинах выпуклостей, плоскость между верхней прозрачной поверхностью теплоприемника и его нижней стенкой заполнены жидкостью с высокой температурой кипения, объем между светопрозрачным покрытием коллектора и прозрачной поверхностью теплоприемника заполнен газом.

Опыт его практической эксплуатации выявил серьезные недостатки заключающиеся прежде всего в  том что подбор угла установки  отражательных элементов не позволяет  с высокой эффективностью использовать энергию светового потока в течении светового дня. 

3

Известен солнечный  коллектор (см. RU № 22588 74,7F24j2/24, 2/342003 года) который содержит теплопоглощающую панель лучистотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглащающей поверхностью элемента, последний выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформированного цельно замкнутого контура, образующего труб для теплоносителя и полость, заполненную теплоаккумулирующим веществом, при этом его внешняя поверхность на которую падает солнечное излучение, является теплопоглощающей поверхностью и на ней с двух сторон выполнены внешние продольные ребра, полости которых параллельны полости теплопоглощающей панели и находится на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами, теплопоглощающая поверхность отдельного параллельного элемента плоская и одно из внешних продольных ребер находится с ней в одной плоскости.

Известное изобретение  имеет существенные преимущества по сравнению с ранее разработанными (известными) конструкциями, однако заложенные в нем технические возможности  использованы не полностью. В частносит, речь идет о повышении теплопередачи от поверхности коллектора к теплоносителю.

Поставленная  задача достигается тем, что солнечный  коллектор, содержащий теплопоглощающую панель лучистотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных  элементов состоящих из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента согласно изобретению, поглощающая поверхность снабжена с нижней стороны магнитострикционным излучателем с частотой колебаний не более 21,3 кГц и амплитудой колебаний не более 0,09 мм подключенным к ультразвуковому генератору.

В качестве прототипа  нами выбран патент RU № 2367851 опубл. 20.09.2009 Бюл.26 .

Известное изобретение  показало достаточно высокую эффективность  в работе (разработка сотрудников  нашего университета с участием заявителейнастоящей заявки) однако в процессе эксплуатации выявились и некоторые достаточно серьезные недостатки:

Первое- амплитуда ультразвуковых колебаний 0,09 является недостаточной для эффективной обработки теплопоглощающей поверхности при частоте 21,3 кГц – см. Д.А.Гершгал  В.М.Фридман Ультразвуковая технологическая аппаратура М. , «Энергия», 1975 г. Стр 45-48.

Второе- применение ультразвукового генератора усложняет конструкцию при невысокой надежности. Вибрационные характеристики по частоте в 40 кГц амплитуде колебаний 0,3- 0,35 мм определены экспериментальным путем и обеспечмвают оптимальный режим работы коллектора.

Повышение технических  характеристик коллектора позволяет  существенно уменьшить массо габаритные показатели, что в некоторых случаях позволяет существенно расширить область возможного применения коллектора в различных вариантах применения коллектора. Предложенное техническое решение позволяет получить существенный экономический эффект за счет уменьшения потребления электроэнергии, в частности за счет исключения циркуляционного насоса. Это обстоятельство особенно важно, учитывая тенденцию к непрерывному росту цен на энергоносители.

Солнечный коллектор  содержит теплопоглощающую панель лучистообразной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов 1, состоящих из трубы с газообразным теплоносителем или теплоаккумулирующим веществом 3, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, с нижней стороны которой установлен импульсный электродинамический излучатель 4 соединенный с источником тока 5.

Солнечный коллектор  работает следующим образом. Солнечные лучи, попадая на поверхность коллектора 1, нагревают его. При этом включается источник тока 5 вследствие чего запускается импульсный электродинамический излучатель 4 который создает микровибрацию коллектора и происходит турбулизация потока теплоносителя (жидкости), что приводит к улучшению теплопередачи от коллектора теплоносителя- см. Г.Шлихтинг «Теория пограничного слоя».-М. изд. «Наука», 1974 г. , стр. 48-51.

Предложенное  техническое решение позволяет, по нашему мнению, повысить эффективность  работы солнечного коллектора. Новизна  предложенного технического решения  заключается в выборе вибрационной системы и определении оптимальных  режимов обработки системы коллектор-теплоноситель. Конструктивно импульсный электродинамический  излучатель – см. Акустичетский журнал ТОМ XVI 1970 вып. 1 стр. 121 до сжатия.