RU2258874C2

RU2258874C2 - Solar collector

Info

Publication number: RU2258874C2
Application number: RU2003130667/06A
Authority: RU
Inventors: Виталий Васильевич Страшко (UA); Виталий Васильевич Страшко; В.Ю. Подлепич (RU); В.Ю. Подлепич; Дмитрий Валентинович Безнощенко (UA); Дмитрий Валентинович Безнощенко
Original assignee: Виталий Васильевич Страшко; Подлепич Вячеслав Юрьевич; Дмитрий Валентинович Безнощенко
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2005-08-20
Also published as: UA65474A; UA65474C2; AU2003280951A1; RU2003130667A; WO2005012808A1

Abstract

FIELD: solar engineering; solar energy collectors for hot-water supply to and heating of domestic and industrial structures.

SUBSTANCE: proposed solar collector has sheet-and-tube heat-absorbing panel formed by separate parallel members. Separate member of heat-absorbing panel is made in the form of part shaped in cross-section as one-piece closed loop forming coolant passing tube and space filled with heat-accumulating material. External surface whereon sun rays are incident functions as heat-absorbing surface and has external longitudinal ribs on two longitudinal sides. Rib surfaces are parallel to heat-absorbing surface and are spaced apart to form certain clearance in-between. Various architectural forms of structures can be attained due to ability of easily changing mechanical design of separate members of solar collector.

EFFECT: facilitated manufacture, reduced load on structures, reduced volume of heat-accumulating facilities.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к коллекторам солнечной энергии, и может быть использовано в системах горячего водоснабжения и обогрева бытовых и промышленных сооружений.The invention relates to solar engineering, in particular to solar energy collectors, and can be used in hot water supply and heating systems for domestic and industrial buildings.

Известны солнечные коллекторы с поглощающей панелью листотрубной конструкции, которые серийно выпускаются во многих странах мира [см. Сборник Европейского гелиотехнического общества «Solar Collectors», Dortrecht, 1985; ГОСТ 28310-89; Солнечный коллектор фирмы «АФРОС-АГРО», http://www.afros-agro.crimea.ua/products.html]. Общим для них является использование трубных металлических систем, плоские поглощающие поверхности с черным или селективным покрытием. По трубам, которые получают тепло от теплопоглощающей панели, циркулирует теплоноситель и отбирает тепло.Solar collectors with an absorbing panel of a sheet-tube construction are known, which are commercially available in many countries of the world [see Collection of the European Solar Engineering Society “Solar Collectors”, Dortrecht, 1985; GOST 28310-89; Solar collector of the company "AFROS-AGRO", http://www.afros-agro.crimea.ua/products.html]. Common to them is the use of tubular metal systems, flat absorbent surfaces with black or selective coating. Through pipes that receive heat from a heat-absorbing panel, the coolant circulates and removes heat.

Основным недостатком этих коллекторов является высокая трудоемкость изготовления, обусловленная наличием большого количества сварных или паяных соединений вдоль всего контакта труб с пластиной, а также недостаточная эффективность преобразования солнечной энергии в тепловую вследствие потерь тепла.The main disadvantage of these collectors is the high complexity of manufacturing, due to the presence of a large number of welded or soldered joints along the entire contact of the pipes with the plate, as well as the insufficient efficiency of converting solar energy to heat due to heat loss.

Кроме того, плоская поверхность прямоугольной формы большого размера приводит к трудности архитектурной и технологической привязки необходимого количества солнечных коллекторов на сооружениях. А также они создают дополнительную массовую нагрузку на конструкции сооружений, на которых размещен солнечный коллектор.In addition, a large rectangular rectangular surface makes it difficult to architecturally and technologically tie the required number of solar collectors to structures. And also they create an additional mass load on the construction of structures on which the solar collector is located.

Еще одним недостатком является при больших размерах коллекторов необходимость в теплоаккумулирующих емкостях большого размера. А в случае использования тепловых аккумуляторов с фазовым переходом (плавление-затвердение) такой аккумулятор - сложное и дорогое устройство.Another drawback is the large size of the collectors, the need for large-capacity heat storage tanks. And in the case of using thermal batteries with a phase transition (melting-hardening), such a battery is a complex and expensive device.

Наиболее близким по технической сущности является солнечный коллектор, который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента [см. патент Украины №20662 А, МПК⁶ F 24 J 2/24, on. 27.02.1998, Бюл. №1 - прототип]. Отдельные параллельные элементы теплопоглощающей панели выполнены с цилиндрической поверхностью в виде сегмента, к нижней внутренней поверхности которого механически (сваривание, паяние) закреплена труба с теплоносителем. Указанная конструкция солнечного коллектора за счет использования профилированных сегментных элементов поглощающей панели снижает тепловые потери и повышает его эффективность.The closest in technical essence is the solar collector, which contains a heat-absorbing panel of the sheet-tube structure formed of separate parallel elements, which consist of a pipe with a heat carrier connected to the heat-absorbing surface of the element [see Ukrainian patent No. 20662 A, IPC ⁶ F 24 J 2/24, on. 02/27/1998, Bull. No. 1 is a prototype]. Separate parallel elements of the heat-absorbing panel are made with a cylindrical surface in the form of a segment, to the lower inner surface of which a pipe with a coolant is mechanically fixed (welding, soldering). The specified design of the solar collector through the use of profiled segmented elements of the absorbing panel reduces heat loss and increases its efficiency.

К недостаткам известного солнечного коллектора относятся:The disadvantages of the known solar collector include:

- наличие большого количества сварных или паяных соединений вдоль всего контакта труб с сегментным элементом панели, что обуславливает высокую трудоемкость его изготовления;- the presence of a large number of welded or soldered joints along the entire contact of the pipes with the segment element of the panel, which leads to the high complexity of its manufacture;

- отдельные элементы поглощающей панели формируют плоскую поверхность большого размера, которая не позволяет обеспечить разнообразие архитектурной формы сооружений;- individual elements of the absorbing panel form a flat surface of large size, which does not allow for a variety of architectural forms of structures;

- необходимость установления больших теплоаккумулирующих емкостей;- the need to establish large heat storage tanks;

- размещение солнечного коллектора на конструкции сооружений создает на них дополнительную массовую нагрузку.- the placement of the solar collector on the construction of structures creates an additional mass load on them.

Задачей предложенного изобретения является усовершенствование солнечного коллектора путем изменения конструкции отдельных элементов для снижения трудоемкости их изготовления, обеспечения возможности создания разнообразных архитектурных форм сооружений, уменьшения объема теплоаккумулирующих емкостей и снижения массовой нагрузки на конструкции сооружений.The objective of the proposed invention is to improve the solar collector by changing the design of individual elements to reduce the complexity of their manufacture, providing the ability to create a variety of architectural forms of structures, reduce the volume of heat-storage tanks and reduce the mass load on the structure of structures.

Поставленная задача решается тем, что в солнечном коллекторе, который содержит теплопоглощающую панель листотрубной конструкции, образованную из отдельных параллельных элементов, которые состоят из трубы с теплоносителем, соединенной с теплопоглощающей поверхностью элемента, согласно изобретению отдельный параллельный элемент теплопоглощающей панели выполнен в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, образующего трубу 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 продольных сторон выполнены внешние продольные ребра, плоскости которых параллельны плоскости теплопоглощающей панели и находятся на расстоянии друг от друга, что обеспечивает наличие зазора между ребрами. В преобладающем варианте теплопоглощающая поверхность отдельного параллельного элемента плоская и одно из внешних продольных ребер находится с ней в одной плоскости.The problem is solved in that in a solar collector that contains a heat-absorbing panel of a sheet-tube structure formed of separate parallel elements, which consist of a pipe with a heat carrier connected to the heat-absorbing surface of the element, according to the invention, a separate parallel element of the heat-absorbing panel is made in the form of an extended product having cross-sectional view of a molded solid closed loop forming a pipe for a coolant and a cavity filled with heat accumulator a mutating substance, while its outer surface onto which solar radiation is incident is a heat-absorbing surface, and external longitudinal ribs are made on it from two longitudinal sides, the planes of which are parallel to the plane of the heat-absorbing panel and are at a distance from each other, which ensures a gap between ribs. In the predominant embodiment, the heat-absorbing surface of a separate parallel element is flat and one of the outer longitudinal ribs is in the same plane with it.

Отдельный параллельный элемент поглощающей панели предложенного солнечного коллектора изготовляется методом экструзии из алюминиевого сплава, по которому сразу формуется цельный необходимый профиль. Это позволяет упростить и выполнить основные конструктивные элементы коллектора из одного материала, используя современные технологические приемы, что приводит к снижению трудоемкости их изготовления.A separate parallel element of the absorbing panel of the proposed solar collector is made by extrusion of aluminum alloy, which immediately forms an integral required profile. This allows us to simplify and perform the basic structural elements of the collector from one material using modern technological methods, which reduces the complexity of their manufacture.

Монтаж солнечного коллектора ведут непосредственно на каркасе сооружения. Если каркас сооружения имеет криволинейные или (и) наклоненные верхний или (и) нижний элементы, а вертикальные элементы имеют или не имеют наклон, то отдельные элементы теплопоглощающей панели монтируют параллельно вертикальным элементам каркаса. При этом длину этих элементов выбирают таким образом, чтобы они монтировались на верхнем и нижнем элементах каркаса. А крепление на промежуточных элементах каркаса осуществляется через ребра отдельных элементов поглощающей панели так, чтобы ребра соседних элементов были в разных плоскостях. Если каркас сооружения предусматривает цилиндрическую поверхность, то, учитывая маленький поперечный размер элемента теплопоглощающей панели, монтаж солнечного коллектора ведется аналогично.Installation of the solar collector is carried out directly on the frame of the structure. If the structure frame has curved upper and / or lower elements, and the vertical elements have or do not have a slope, then individual elements of the heat-absorbing panel are mounted parallel to the vertical elements of the frame. At the same time, the length of these elements is selected so that they are mounted on the upper and lower elements of the frame. And fastening on the intermediate elements of the frame is carried out through the ribs of the individual elements of the absorbing panel so that the ribs of adjacent elements are in different planes. If the frame of the structure provides a cylindrical surface, then, given the small transverse size of the heat-absorbing panel element, the installation of the solar collector is similar.

Таким образом обеспечивается возможность создания разнообразных архитектурных вариантов привязки солнечного коллектора к существующим сооружениям, а также широкие архитектурные возможности при проектировании новых сооружений. Кроме того, если солнечный коллектор монтируется непосредственно на каркасе сооружения, то он выполняет роль стены или крыши сооружения и не дает дополнительной нагрузки на каркас.Thus, it is possible to create a variety of architectural options for linking the solar collector to existing structures, as well as wide architectural opportunities in the design of new structures. In addition, if the solar collector is mounted directly on the frame of the structure, then it acts as a wall or roof of the structure and does not provide additional load on the frame.

Благодаря образованию в отдельном элементе теплопоглощающей панели полости, которую заполняют теплоаккумулирующим веществом, уменьшается объем теплоаккумулирующих емкостей.Due to the formation in a separate element of a heat-absorbing panel of the cavity, which is filled with a heat-storage substance, the volume of heat-storage tanks decreases.

В общем случае заявляемый солнечный коллектор может иметь корпус, теплоизоляцию (верхнюю - прозрачную, нижнюю и боковую) или, по меньшей мере, только теплопоглощающую панель, собранную из отдельных параллельных элементов, которые крепят к внешнему каркасу. Коллектор в целом имеет патрубки для соединения с другими коллекторами и трубопроводами горячего водоснабжения.In the General case, the inventive solar collector may have a housing, thermal insulation (upper - transparent, lower and side) or at least only heat-absorbing panel assembled from separate parallel elements that are attached to the outer frame. The collector as a whole has nozzles for connection with other collectors and hot water pipelines.

В поперечном разрезе отдельный элемент теплопоглощающей панели может иметь прямоугольную, квадратную, овальную или другие формы.In cross section, a separate element of the heat-absorbing panel may have a rectangular, square, oval or other shapes.

Суть изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 показан поперечный разрез отдельного элемента теплопоглощающей панели прямоугольной формы; на фиг.2 - пример монтажа солнечного коллектора на сооружении; на фиг.3 - поперечный разрез отдельного элемента теплопоглощающей панели овальной формы.The essence of the invention is illustrated by drawings: figure 1 shows a cross section of a separate element of a heat-absorbing panel of a rectangular shape; figure 2 is an example of the installation of a solar collector in a structure; figure 3 is a cross section of a separate element of a heat-absorbing panel oval.

Поглощающая панель солнечного коллектора образована из отдельных элементов 1 (фиг.1, 3), выполненных в виде продленного изделия, имеющего в поперечном разрезе вид сформованного цельного замкнутого контура, одна сторона которого является теплопоглощающей поверхностью 2. В отдельном элементе 1 образована труба 3 с теплоносителем и полость 4 для теплоаккумулирующего вещества. Снаружи на двух противоположных сторонах в плоскостях, параллельных теплопоглощающей панели, выполнены продольные ребра 5, смещенные друг от друга на расстояние, которое обеспечивает зазор 6 между ними.The absorbing panel of the solar collector is formed of individual elements 1 (Figs. 1, 3), made in the form of an extended product, having a cross-sectional view of a molded solid closed loop, one side of which is a heat-absorbing surface 2. In a separate element 1, a pipe 3 with a heat carrier is formed and cavity 4 for the heat storage substance. Outside, on two opposite sides in planes parallel to the heat-absorbing panel, longitudinal ribs 5 are made, offset from each other by a distance that provides a gap 6 between them.

Солнечный коллектор предложенной конструкции работает следующим образом.The solar collector of the proposed design works as follows.

Теплоноситель через входной патрубок (не показано) поступает в трубу 3 для теплоносителя отдельных элементов 1. Нагретый теплоноситель через исходный патрубок (не показано) подается в трубопроводы горячего водоснабжения. Нагрев теплоносителя осуществляется за счет тепла солнечного излучения, которое поглощается теплопоглощающей поверхностью 2 отдельного элемента 1, от которой передается через стенки теплоносителю в трубе 3 и теплоаккумулирующему веществу в его полости 4. При отсутствии солнечного излучения теплоноситель нагревается за счет тепла, накопленного в теплоаккумулирующем веществе.The coolant through the inlet pipe (not shown) enters the pipe 3 for the coolant of the individual elements 1. The heated coolant through the source pipe (not shown) is supplied to the hot water pipelines. The heat carrier is heated due to the heat of solar radiation, which is absorbed by the heat-absorbing surface 2 of the individual element 1, from which it is transferred through the walls to the heat carrier in the pipe 3 and to the heat-accumulating substance in its cavity 4. In the absence of solar radiation, the heat-carrier is heated due to the heat accumulated in the heat-accumulating substance.

Коллектор монтируют непосредственно на каркас 7 сооружения (фиг.2). Монтаж ведут резьбовым или винтовым соединением 8 через отдельный элемент 1 по его краям и через ребра 5 на промежуточных элементах 9 каркаса 7 сооружения. Отдельные элементы 1 изолируют от каркаса термоизолирующими прокладками (не показано). Отдельные элементы 1 соединяют гидравлически между собой с помощью переходных муфт (не показано). В качестве переходных муфт и для компенсации термодеформаций могут использоваться резиновые шланги в металлической оплетке. При недостаточной длине отдельного элемента 1 он может набираться с помощью переходных муфт из нескольких фрагментов.The collector is mounted directly on the frame 7 of the structure (figure 2). Installation is carried out by a threaded or screw connection 8 through a separate element 1 along its edges and through the ribs 5 on the intermediate elements 9 of the frame 7 of the structure. The individual elements 1 are isolated from the frame by thermally insulating gaskets (not shown). The individual elements 1 are hydraulically connected to each other using adapter couplings (not shown). Metal sleeved rubber hoses can be used as adapter sleeves and to compensate for thermal deformations. If the length of the individual element 1 is insufficient, it can be dialed using transition couplings from several fragments.

Так как отдельный элемент 1 может быть изготовлен любой длины, то и габариты поглощающей панели могут быть такими, которые нужны. Благодаря тому что ребра 5 отдельных элементов 1 находятся в разной плоскости и они могут быть смонтированы на разном расстоянии относительно соседнего (на фиг.1 показаны соседние отдельные элементы на минимальном и максимальном расстоянии друг от друга) и под разными углами, дается возможность обеспечить теплопоглощающей панели солнечного коллектора разные размеры и формы.Since a separate element 1 can be made of any length, the dimensions of the absorbing panel can be as needed. Due to the fact that the ribs 5 of the individual elements 1 are in a different plane and they can be mounted at different distances from the neighboring one (Fig. 1 shows adjacent individual elements at the minimum and maximum distances from each other) and at different angles, it is possible to provide a heat-absorbing panel solar collector different sizes and shapes.

Claims

1. A solar collector that contains a heat-absorbing panel of a sheet-and-tube structure formed of separate parallel elements, which consist of a pipe with a heat carrier connected to a heat-absorbing surface of the element, characterized in that the separate parallel element of the heat-absorbing panel is made in the form of an extended product having a transverse section view of the molded solid closed loop forming a pipe for the coolant and a cavity filled with heat-accumulating substance, while it is outside NJ surface on which the solar radiation falls, and a heat-absorbing surface on its two longitudinal sides with external longitudinal ribs formed in planes parallel to the plane of the heat-absorbing panels and are spaced from each other to provide a gap between the ribs.

2. The solar collector according to claim 1, characterized in that the heat-absorbing surface of a separate parallel element is flat and one of the outer longitudinal ribs is in the same plane with it.