МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Номер документа 3620150039

РУБРИКА:
15. Использование нетрадиционных источников энергии

РУБРИКА ГРНТИ:
44.37.29. Гелиоэнергетические установки

АТРИБУТЫ:
Отрасли: Альтернативная энергетика
Тепловая энергия: Теплопроизводство
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Патент
Номер: № 2538152
Автор (принявший орган): Щукина Т.В., Чудинов Д. М., Кузнецова Н. В.
Дата: 04.09.2015
Регион: Воронежская область
Источник информации: Воронежский ГАСУ, г.Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

 Многофункциональный солнечный коллектор содержит корпус 1 с теплоизоляционным материалом 2, прозрачное ограждение 3 и абсорбер 4, расположенный в корпусе под прозрачным ограждением 3. Абсорбер 4 имеет продольные трубки 5 для теплоносителя, которые так же как и абсорбер 4 выполнены металлическими. Над абсорбером 4 под прозрачным ограждением 3 расположены на небольшом расстоянии друг от друга один или несколько слоев металлических сеток 6. Металлические сетки 6 выполнены из элементов протяженной длины и площадью поперечного сечения не более 2 мм2 с образованием ячеек 7 незначительного размера. Длина и ширина самих сеток соответствуют габаритным размерам абсорбера, и они также снабжены продольными трубками 8 для теплоносителя, выполненными из полимерного материала. Продольные полимерные трубки 8 содержат участки сеток 9, так как они собраны из отдельных продольных сегментов 10 посредством термической сварки. Сварка может быть осуществлена предварительным нагреванием металлических сеток 6 с последующим их остыванием при соприкосновении и фиксации положения на них продольных сегментов 10 полимерных трубок 8. На внешней поверхности продольных полимерных трубок 8 со стороны прозрачного ограждения 3 закреплены фотоэлектрические элементы 11. Продольные полимерные трубки 8 соединены с впускной камерой 12, имеющей входной парубок 13 для теплоносителя, а продольные металлические трубки 5 с выпускной камерой 14, снабженной выходным патрубком 15. Продольные трубки 5 абсорбера 4 и полимерные 8 трубки расположены по отношению друг к другу в шахматном порядке и сообщаются между собой посредством промежуточной камеры 16 для теплоносителя.

 

Устройство работает следующим образом.  Теплоноситель по входному патрубку 13 поступает во впускную камеру 12 многофункционального солнечного коллектора, а затем в продольные полимерные трубки 8. Перемещаясь по полимерным трубкам 8, теплоноситель нагревается за счет передачи теплоты от металлических сеток 6, подвергаемых интенсивному воздействию солнечной радиации, прошедшей через прозрачное ограждение 3. Участки металлических сеток 9, расположенные в продольных полимерных трубках 8, турбулизируют теплоноситель, что интенсифицирует теплообмен, тем самым вызывая рост его температуры. После продольных полимерных трубок 8 теплоноситель поступает через промежуточную камеру 16 в продольные металлические трубки 5 абсорбера 4. Часть солнечной радиации, не поглощенная элементами металлических сеток 6, попадает через ячейки 7 последних на абсорбер 4, где переходит в теплоту. Высокая теплопроводность металла абсорбера 4 обеспечивает беспрепятственную передачу полученной энергии к продольным металлическим трубкам 5 и к перемещающемуся в них теплоносителю. После чего нагретый теплоноситель поступает в выпускную камеру 14 и по выходному патрубку 15 направляется потребителю. Солнечная радиация, пройдя через прозрачное ограждение 3, попадает не только на металлические сетки 6 и абсорбер 4, но и на фотоэлектрические элементы 11, закрепленные на продольных полимерных трубках 8. Под воздействием солнечного излучения фотоэлектрические элементы 11, нагреваясь, вырабатывают электроэнергию. Длительная эксплуатация фотоэлектрических элементов 11 при высокой температуре приводит к сокращению их срока службы. Размещение на поверхности продольных полимерных трубок 8 обеспечивает их охлаждение за счет своевременного теплосъема с передачей избыточной энергии нагреваемому теплоносителю. При применении полимерных материалов для продольных трубок 8 с расположенными на них фотоэлектрическими элементами 11 достигается изоляция теплоносителя от вырабатываемой электроэнергии, что востребовано условиями безопасной эксплуатации многофункционального солнечного коллектора. В устройстве прошедшее через прозрачное ограждение 3 солнечное излучение поглощается как элементами металлических сеток 6, так и абсорбером 4. Но при попадании радиации на абсорбер 4 его поверхность не только частично отражает, но и вызывает собственное излучение из-за высокой температуры. Излучение, направленное от абсорбера 4, вновь попадает на металлические сетки 6, где происходит его поглощение элементами последних. Расположение нескольких слоев металлических сеток 6 и незначительный размер их ячеек 7 обеспечивает наиболее полное улавливание солнечной радиации и сокращает потери теплоты в окружающую среду. Такая эффективная утилизация солнечной энергии позволяет отказаться от дорогостоящих и технологически сложно исполняемых селективных покрытий для поглощающих поверхностей.

Дополнительное снабжение коллектора продольными полимерными трубками 8 и их последовательное соединение с продольными трубками 5 абсорбера 4 посредством промежуточной камеры 16 приводит к более длительному пребыванию теплоносителя в устройстве, тем самым создавая условия для увеличения времени контактирования с преобразованной солнечной энергией, что неизбежно приводит к его прогреву до более высоких температур. Заполнение теплоносителем продольных трубок 5, 8 и камер 12, 14, 16 повышает аккумулирующую способность многофункционального солнечного коллектора.