RU2135908C1

RU2135908C1 - Solar heat collector

Info

Publication number: RU2135908C1
Application number: RU98113321A
Authority: RU
Inventors: В.В. Вицков; А.Н. Кудрявцев; В.И. Пындак
Original assignee: Волгоградская государственная сельскохозяйственная академия; Товарищество с ограниченной ответственностью "Эко-Техника"
Priority date: 1998-07-14
Filing date: 1998-07-14
Publication date: 1999-08-27

Abstract

FIELD: coolant-heating solar collectors. SUBSTANCE: collector has sealed body 1, transparent coating 2, absorbing surface built up of absorbing tubes 9 arranged in body on same plane and provided with two parallel ducts 10 for passing coolant, and heat insulation 14 under it. Coolant passing ducts 10 are arranged along larger sides of body 4, larger-diameter tubes 11 are mounted along smaller sides and they communicate with absorbing tubes 9 and with coolant passing ducts 10; absorbing surface is formed by mentioned tubes 9, ducts 10, and strips 6 placed between them; body is sealed by means of packing 5 fitted between body and transparent coating 2. EFFECT: simplified design, improved absorbing capacity. 4 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к конструкции солнечных коллекторов для нагрева теплоносителя. The invention relates to solar technology, in particular to the design of solar collectors for heating the coolant.

Известен солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус, прозрачное покрытие, поглощающие каналы прямоугольного сечения и отражающую солнечное излучение поверхность (SU 1474391). A known solar thermal collector comprising a housing, a transparent coating, rectangular absorption channels and a surface reflecting solar radiation (SU 1474391).

Технический недостаток коллектора - ограниченное применение, поскольку прямоугольные трубы не выдерживают высокого давления; наличие мертвых зон и возможность гидравлических ударов, так как трубы расположены горизонтально, а вход и выход каналов для пропуска теплоносителя расположены по диагонали корпуса; возможность замедления или прекращения естественной циркуляции при наличии противоуклона. The technical drawback of the collector is its limited use, because rectangular pipes do not withstand high pressure; the presence of dead zones and the possibility of hydraulic shocks, since the pipes are horizontal, and the inlet and outlet of the channels for passing the coolant are located along the diagonal of the body; the possibility of slowing or stopping natural circulation in the presence of a counterclock.

Известно устройство для нагрева воды, включающее корпус с трубами, расположенными в виде лабиринта, имеющего весьма длинную развернутую длину, при этом полость корпуса заполнена песком (SU 321665). A device for heating water is known, including a housing with pipes arranged in the form of a labyrinth having a very long extended length, while the cavity of the housing is filled with sand (SU 321665).

Технический недостаток устройства - повышенные габариты и гидравлическое сопротивление из-за наличия сложно изогнутых труб большой длины; нетехнологичность изготовления трубной системы; сезонный характер использования, поскольку в холодное время года песок не будет нагревать трубы. A technical drawback of the device is the increased dimensions and hydraulic resistance due to the presence of complexly bent pipes of large lengths; low manufacturing technology of the pipe system; seasonal nature of use, because in the cold season, sand will not heat the pipes.

Известен также солнечный тепловой коллектор, содержащий корпус, прозрачное покрытие, поглощающую поверхность в виде расположенных в корпусе в единой плоскости поглощающих труб с двумя параллельными каналами для пропуска теплоносителя и тепловую изоляцию под ней (SU 1474392). Also known is a solar thermal collector comprising a casing, a transparent coating, an absorbing surface in the form of absorbing pipes located in the casing in the same plane with two parallel channels for passing the coolant and thermal insulation under it (SU 1474392).

Технический недостаток данного коллектора - наличие и технологическая сложность изготовления отражателя солнечного излучения с двумя цилиндрическими и одной плоской поверхностями, которые лишь в определенное время дня направляют отраженные лучи на трубы; обусловленное конструкцией отражателя горизонтальное расположение каналов для пропуска теплоносителя (вдоль короткой стороны корпуса), что существенно увеличивает поле солнечной приемной поверхности и площадь, занимаемую коллектором; повышенные толщина и масса коллектора из-за необходимости применения труб большого диаметра и относительно большой развернутой длины отражателя. The technical drawback of this collector is the presence and technological complexity of manufacturing a solar radiation reflector with two cylindrical and one flat surfaces, which only at certain times of the day direct the reflected rays to the pipes; due to the design of the reflector the horizontal arrangement of the channels for the passage of coolant (along the short side of the housing), which significantly increases the field of the solar receiving surface and the area occupied by the collector; increased thickness and mass of the collector due to the need to use large diameter pipes and a relatively large deployed length of the reflector.

Техническая задача - улучшение технико-эксплуатационных показателей. The technical task is to improve technical and operational indicators.

Согласно изобретению каналы для пропуска теплоносителя установлены вдоль длинных сторон корпуса, вдоль коротких сторон установлены трубы большого диаметра, сообщающиеся с поглощающими трубами и с каналами для пропуска теплоносителя, поглощающая поверхность образуется указанными трубами, каналами и размещенными в промежутках между ними перемычками, при этом корпус выполнен герметичным с уплотнением между ним и прозрачным покрытием. According to the invention, the channels for passing the coolant are installed along the long sides of the casing, along the short sides are pipes of large diameter, communicating with the absorbing pipes and with channels for passing the coolant, the absorbing surface is formed by these pipes, channels and jumpers placed between them, the casing being made sealed with a seal between it and a transparent coating.

На фиг. 1 изображен солнечный тепловой коллектор, общий вид в аксонометрической проекции; на фиг. 2 - нагревательная панель (теплообменник) коллектора; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 1 (повернуто); на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a solar thermal collector, a general view in axonometric projection; in FIG. 2 - heating panel (heat exchanger) of the collector; in FIG. 3 is a section AA in FIG. 1 (rotated); in FIG. 4 is a section BB in FIG. 2.

Солнечный тепловой коллектор содержит герметичный корпус 1, закрываемый прозрачным покрытием 2. Корпус снабжен отбуртовкой 3, к которому посредством прижимных планок 4 и крепежных элементов крепится прозрачное покрытие. Между покрытием 2 и отбуртовкой 3, а также между покрытием и прижимными планками 4 предусмотрены уплотнения 5, которые обеспечивают герметизацию корпуса и предохраняют от повреждения прозрачное покрытие 2, которое может изготавливаться из стекла. Внутри корпуса 1 установлена нагревательная панель (теплообменник) 6 с выходящими за пределы корпуса входами 7 холодного и выходами 8 горячего теплоносителя, например воды. Нагревательная панель включает набор размещенных параллельно длинной стороне корпуса труб 9, несущих функции поглощающих труб; трубы 9 расположены в одной плоскости. В этой же плоскости, по краям труб 9 - вдоль длинных сторон корпуса установлены каналы 10 для пропуска теплоносителя. Каналы 10 могут быть выполнены из таких же труб, что и поглощающие трубы 9. Вдоль коротких сторон корпуса установлены поперечные трубы 11 большого диаметра, сообщающиеся с поглощающими трубами 9 и трубами 10 - каналами для пропуска теплоносителя. С противолежащей стороной труб 11 сообщаются также входы 7 холодного и выходы 8 горячего теплоносителя, при этом соответствующие входы 7, трубы 10 и выходы 8 образуют прямые (сплошные) каналы для пропуска теплоносителя. Поглощающая поверхность образуется указанными трубами 9 и 11, каналами 10 и размещенными в промежутках между ними перемычками 12. В поглощающую поверхность включаются также полосы 13, размещенные по наружным сторонам каналов 10. Перемычки 12 и полосы 13 жестко скреплены преимущественно с помощью сварки с соответствующими сторонами труб 9, 11 и каналов 10. Под нагревательной панелью 6 - на дне герметичного корпуса 1 размещена тепловая изоляция 14. Между панелью 6 и прозрачным покрытием 2 предусмотрена воздушная прослойка 15. The solar thermal collector includes a sealed housing 1, closed by a transparent coating 2. The housing is equipped with a flange 3, to which a transparent coating is attached by means of clamping plates 4 and fasteners. Between the coating 2 and the flange 3, as well as between the coating and the pressure strips 4, seals 5 are provided that provide sealing of the housing and prevent damage to the transparent coating 2, which can be made of glass. Inside the housing 1, a heating panel (heat exchanger) 6 is installed with the inlets 7 of the cold outside and the outlets 8 of the hot coolant, such as water, extending outside the housing. The heating panel includes a set of pipes 9 arranged parallel to the long side of the casing, bearing the functions of absorbing pipes; pipes 9 are located in one plane. In the same plane, along the edges of the pipes 9 — along the long sides of the casing, channels 10 are installed for passing the coolant. The channels 10 can be made of the same pipes as the absorbing pipes 9. Along the short sides of the casing, transverse pipes 11 of large diameter are installed, communicating with the absorbing pipes 9 and pipes 10 — channels for passing the coolant. The inputs 7 of the cold and the outputs 8 of the hot coolant are also connected to the opposite side of the pipes 11, while the corresponding inputs 7, pipes 10 and outputs 8 form direct (solid) channels for passing the coolant. The absorbing surface is formed by the indicated pipes 9 and 11, the channels 10 and the bridges 12 located in the spaces between them. The strips 13 also include the strips 13 located on the outer sides of the channels 10. The bridges 12 and the strips 13 are rigidly fastened mainly by welding with the respective sides of the pipes 9, 11 and channels 10. Under the heating panel 6 - on the bottom of the sealed enclosure 1 there is a thermal insulation 14. Between the panel 6 and the transparent coating 2 an air gap 15 is provided.

Элементы коллектора могут иметь размеры: проходной диаметр труб 9 и каналов 10-20 мм; проходной диаметр поперечных труб 11-25 мм; толщина перемычек 12 и полос 13 - 1,5 мм, длина каналов 10 (вместе с входом 7 и выходом 3)≈ 1,5 м; ширина нагревательной панели - около 0,6 м. Панель 6, или по крайней мере, ее сторона, обращенная к прозрачному покрытию 2, окрашена в черный цвет. The elements of the collector can have dimensions: the bore diameter of pipes 9 and channels 10-20 mm; bore diameter of transverse pipes 11-25 mm; the thickness of the jumpers 12 and strips 13 - 1.5 mm, the length of the channels 10 (together with input 7 and output 3) ≈ 1.5 m; the width of the heating panel is about 0.6 m. Panel 6, or at least its side facing the transparent coating 2, is painted black.

Солнечный тепловой коллектор работает следующим образом. Solar thermal collector operates as follows.

Коллектор устанавливают длинной стороной в направлении ЮГ-Север. Солнечное излучение проходит сквозь прозрачное покрытие 2 и попадает на поглощающую поверхность - поглощающие трубы 9, каналы 10, поперечные трубы 11 и размещенные в промежутках между ними перемычки 12, а также на полосы 13, размещенные по наружным сторонам каналов 10. За счет сравнительно небольшого поперечного размера труб и каналов и малой толщины перемычек и полос нагревательная панель (теплообменник) 6 быстро разогревается, при этом перемычки 12 и полосы 13 передают свое тепло трубам и каналам 10. Этому способствуют: наличие тепловой изоляции 14 под нагревательной панелью 6; наличие воздушной прослойки 15 между панелью и прозрачным покрытием 2; герметичность корпуса 1 и, в частности, его стыка с прозрачным покрытием; покрытие панели 6 в черный свет, поглощающий солнечные лучи. Внутри корпуса создается микроклимат (парниковый эффект). Теплоноситель (холодная вода) подводится к входам 7, посредством поперечных труб 11 большего диаметра вода поступает как в каналы 10, так и в поглощающие трубы 9. Нагрев теплоносителя вызывает его естественную циркуляцию, вследствие чего теплоноситель поднимается по трубам 9 и каналам 10 и посредством верхней поперечной трубы 11 большего диаметра попадает в выходы 8 и далее - в систему горячего водоснабжения. The collector is installed with the long side in the south-north direction. Solar radiation passes through the transparent coating 2 and falls on the absorbing surface - absorbing pipes 9, channels 10, transverse pipes 11 and jumpers 12 located in the spaces between them, as well as on strips 13 located on the outer sides of the channels 10. Due to the relatively small transverse the size of the pipes and channels and the small thickness of the jumpers and strips, the heating panel (heat exchanger) 6 quickly heats up, while the jumpers 12 and strips 13 transfer their heat to the pipes and channels 10. This is facilitated by the presence of thermal insulation 14 under the heating panel 6; the presence of an air gap 15 between the panel and the transparent coating 2; the tightness of the housing 1 and, in particular, its junction with a transparent coating; covering panel 6 in black light, absorbing sunlight. Inside the building creates a microclimate (greenhouse effect). The coolant (cold water) is supplied to the inlets 7, through transverse pipes 11 of larger diameter, the water enters both the channels 10 and the absorption pipes 9. Heating of the coolant causes its natural circulation, as a result of which the coolant rises through the pipes 9 and channels 10 and through the upper a transverse pipe 11 of larger diameter enters the exits 8 and then into the hot water supply system.

Таким образом, конструкция коллектора и его нагревательной панели (теплообменника) 6 характеризуются технологичностью при изготовлении, упрощением монтажа, универсальностью при эксплуатации, снижением габаритов, массы, гидравлического сопротивления и площади под коллектором. Это достигается за счет установки параллельно длинным сторонам корпуса поглощающих труб 9 и каналов 10 для пропуска теплоносителя, изготовленных из таких же труб и расположенных по краям поглощающих труб - вдоль длинных сторон корпуса, при этом входы 7, выходы 8 и каналы 10 расположены на одной оси; наличия поперечных труб 11 большего диаметра, установленных вдоль коротких сторон корпуса и сообщающихся с поглощающими трубами 9, каналами 10, входами 7 и выходами 8. Благодаря этому мертвые зоны в панели 6 практически отсутствуют, улучшается естественная циркуляция теплоносителя, снижается гидравлическое сопротивление в системе. При изготовлении труб 9, 11 и каналов 10 из стандартных труб небольшого диаметра не только снижаются габариты и масса конструкции, но и снимается ограничение на давление в системе, тонкостенные трубы быстро прогреваются, отдавая свое тепло теплоносителю, наличие перемычек между трубами и герметичность корпуса повышают эффективность коллектора. При таком исполнении коллектора снижается его стоимость и затраты на монтаж, при этом соответствующем теплоносителе коллектор может использоваться в любое время года. В итоге обеспечивается улучшение технико-эксплуатационных показателей при нагреве теплоносителя. Thus, the design of the collector and its heating panel (heat exchanger) 6 are characterized by manufacturability in manufacturing, simplified installation, versatility in operation, reduced dimensions, weight, hydraulic resistance and the area under the collector. This is achieved by installing parallel to the long sides of the housing of the absorbing pipes 9 and channels 10 for the passage of coolant made of the same pipes and located along the edges of the absorbing pipes along the long sides of the housing, while the inputs 7, outputs 8 and channels 10 are located on the same axis ; the presence of transverse pipes 11 of larger diameter installed along the short sides of the housing and communicating with the absorbing pipes 9, channels 10, inputs 7 and outputs 8. Due to this, there are practically no dead zones in the panel 6, the natural circulation of the coolant is improved, and the hydraulic resistance in the system is reduced. In the manufacture of pipes 9, 11 and channels 10 from standard pipes of small diameter, not only the dimensions and weight of the structure are reduced, but also the pressure on the system is removed, thin-walled pipes quickly warm up, giving their heat to the coolant, the presence of jumpers between the pipes and the tightness of the housing increase the efficiency collector. With this design of the collector, its cost and installation costs are reduced, while the corresponding coolant, the collector can be used at any time of the year. The result is an improvement in technical and operational indicators when heating the coolant.

Claims

A solar thermal collector comprising a housing, a transparent coating, an absorbing surface in the form of absorbing pipes arranged in the housing in one plane with two parallel channels for passing the heat carrier and thermal insulation under it, characterized in that the channels for passing the heat carrier are installed along the long sides of the housing, along on the short sides, pipes of a larger diameter are installed, communicating with the absorbing pipes and with channels for passing the coolant, the absorbing surface is formed by these pipes, analogs and jumpers placed between them, while the housing is sealed with a seal between it and a transparent coating.