Солнечный коллектор

КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ имеющего геометрические размеры, связанные следующими соотношениями 0(/2),1(/4),2(/2)(3/4)(3/2)/(/2)-(/2)(/4),012,(/2),2(/2),для фокусирования на поверхность трубок двукратного отражения солнечных лучей, при этом оптико-энергетический коэффициент преобразования солнечной энергии на поверхности коллектора, выражается соотношением СОЭ 2290-(/1)2/3602(903/2)2/360/2(/2) где- ширина концентратора 0 - от точки раскрытия до начала попадания солнечных лучей 1 - поверхность однократного отражения 2 - поверхность двукратного отражения- радиус поглощающей трубчатой поверхности- угол раскрытия зеркал- высота концентратора- поверхность раскрытия концентраторов.(76) Туркпенбаева Бибигул ЖапаровнаСарсенбек Магжан Биржанулы(57) Изобретение относится к гелиоэнергетической технике, в частности для преобразования энергии солнечной радиации в теплоту посредством нагрева жидкого теплоносителя,который может использоваться затем для горячего водоснабжения и отопления. Простота и рациональность конструкции,высокая способность поглощать солнечную энергию, повышение температуры теплоносителя,высокий К.П.Д - достигается тем, что в солнечном коллекторе типа горячий ящик, состоящем из изолированного корпуса в виде короба с прозрачной поверхностью, ряда адаптирующих трубок круглого сечения, имеющих селективное покрытие и плоских зеркальных концентраторов, согласно изобретению,каждая адаптирующая трубка в корпусе коллектора установлена в вершину угла раскрытия двух плоских зеркальных поверхностей концентратора, 22532 Изобретение относится к гелиоэнергетической технике, в частности для преобразования энергии солнечной радиации в теплоту посредством нагрева жидкого теплоносителя,который может использоваться затем для горячего водоснабжения и отопления. Известен солнечный коллектор типа горячий ящик для нагрева жидкого теплоносителя (воды,антифриза, водоглицериновых смесей и т.п.). Коллектор состоит из изолированного корпуса типа короба с прозрачной верхней поверхностью. Внутри корпуса располагаются адаптирующие солнечную энергию трубки, соединенные змеевиковым или рамочным способом, внутри которых циркулирует жидкий теплоноситель. В таком устройстве главный эффект нагрева осуществляется за счет неплотного потока солнечной радиации падающей на трубки лист и затем за счет теплопроводности и тепличного(парникового) эффекта тепло передается теплоносителю. Температура нагрева теплоносителя достигает средних значений - 70-80 С (патент РФ 2200914, кл. 24 2/04, 2003). Данное устройство имеет низкий коэффициент преобразования солнечной энергии в теплоту и большие потери тепла при высоких температурах нагрева адаптирующей поверхности (трубок и металлического листа). Известен солнечный коллектор (модуль) с зеркальными концентраторами, фокусирующими солнечные лучи непосредственно на трубчатую поверхность. Концентраторы солнечной энергии позволяют сфокусировать потоки солнечной радиации в мощный поток и направить непосредственно на адаптирующую поверхность, при этом увеличивается коэффициент полезного действия коллектора по преобразованию солнечной энергии в теплоту и повышается температура теплоносителя. Потери теплоты от адаптирующей поверхности снижаются, так как значительно уменьшается и солнце воспринимающая поверхность (патент РФ 2252373, кл. 24 2/24, 2005). Недостатками этого устройства являются необоснованно большие массогабаритные характеристики и сложность конструкции,изготовления и размещения концентраторов в корпусе горячего ящика. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является солнечный коллектор для подогрева жидкого теплоносителя. Солнечный коллектор состоит из изолированного корпуса, ряда параллельных адаптирующих трубок,соединенных змеевиком и расположенных в корпусе определенным порядком между концентраторами солнечной энергии, так что энергия солнечной радиации попадает на адаптические поверхности равномерным, потом, пройдя через открытую поверхность и отражаясь от концентраторов при этом сохраняется компактность и рациональность конструкции. Такую конструкцию удобно размещать и в горячем ящике (патент РФ 219428, кл. 24 2/15, 2002). Недостатком известного устройства является следующее сложность изготовления и установки по 2 фокусной линии адаптирующих трубок любой конфигурации, нет рационального обоснования адаптирующей поверхности с поверхностью концентраторов при внешнем освещении солнечными лучами и законами движении солнца по небосводу в течение дня. Коллектор не может накапливать солнечную энергию в течение дневного времени суток, чтобы потом в ночное время ее в виде теплоты отдать теплоносителю. Задачей изобретения является создание солнечного коллектора простой и рациональной конструкции, с высокой способностью поглощать солнечную энергию, повышенной температурой теплоносителя, высоким К.П.Д., способным к накоплению и аккумулированию солнечной энергии. Это достигается тем, что в солнечном коллекторе типа горячий ящик, состоящем из изолированного корпуса в виде короба с прозрачной поверхностью,ряда адаптирующих трубок круглого сечения,имеющих селективное покрытие и плоских зеркальных концентраторов, согласно изобретению,каждая адаптирующая трубка в корпусе коллектора установлена в вершину угла раскрытия двух плоских зеркальных поверхностей концентратора,имеющего геометрические размеры, связанные следующими соотношениями 0(/2),1(/4),2(/2)(3/4)(3/2)/(/2)-(/2)(/4),012,(/2),2(/2),для фокусирования на поверхность трубок двукратного отражения солнечных лучей, при этом оптико-энергетический коэффициент преобразования солнечной энергии на поверхности коллектора, выражается соотношением СОЭ 2290-(/1)2/3602(903/2)2/360/2(/2) где- ширина концентратора 0 - от точки раскрытия до начала попадания солнечных лучей 1 - поверхность однократного отражения 2 - поверхность двукратного отражения- радиус поглощающей трубчатой поверхности- угол раскрытия зеркал- высота концентратора- поверхность раскрытия концентраторов. В пространство между зеркал укладывается аккумулирующий материал фазово-физического превращения. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема элемента коллектора на фиг. 2 общая компоновка конструкции всего коллектора. На фиг. 1 обозначены следующие элементы коллектора ,- поверхности плоских зеркал,поверхность адаптирующей трубки,- высота плоского зеркала, Ф - угол между падением солнечного луча и наклоном плоскости зеркала,- длина поверхности раскрытия концентратора. 22532 Солнечный коллектор содержит изолированный герметичный корпус 1, трубки круглого сечения с селективным покрытием, адаптирующие энергию солнечной радиации 2, зеркальные плоские поверхности 3, отражающие солнечные лучи,прозрачное солнцепропускающее покрытие 4,межзеркальное пространство 5 для размещения аккумулирующего материала с фазово-физическим превращением. Солнечный коллектор работает следующим образом. Устанавливается он солнцепропускающей стороной к югу под углом 20-30 град, к горизонту так, чтобы круглые адаптирующие трубки находились горизонтально земной поверхности. В основе работы солнечного концентратора лежат два предположения солнечные лучи полностью отражаются от зеркальных поверхностей и подчиняются основным законом физики (угол падения равен углу отражения), а адаптирующая поверхность трубки полностью поглощает падающую на нее энергию солнечной радиации. Солнечный луч попадает на адаптирующую поверхность трубки тремя способами прямым облучением самих трубок,однократным отражением лучей от двух соответствующих зеркальных поверхностей и двукратным отражением лучей от части этих же зеркальных поверхностей. Теплоноситель циркулирует внутри трубок нагревается до высоких температур, а разогретые трубчатые поверхности,контактируя с аккумулирующим материалом, нагревает его, в результате чего материал из твердого состояния переходит в жидкое накапливая в себе тепловую энергию фазового превращения, и благодаря своей большей вязкости удерживается внутри выделенного пространства. Солнце, проходя по горизонту с востока через юг на запад при указанном расположении конструкции постоянно свои лучи направляет на зеркальные концентраторы и адаптирующие поверхности днем. Солнечной энергии достаточно, чтобы нагреть теплоноситель до высоких температур и часть энергии накопить в аккумулирующий материал фазово-физического превращения. При нагревании объем аккумулирующего материала уменьшается, при охлаждении ночью - увеличивается. Проведенные аналитические вычисления показали, что максимальное преобразование энергии солнечной радиации, прошедшей в коллектор в тепловую возможно, если основные параметры концентратора будут связаны следующими соотношениями 0(/2),1(/4),2(/2)(3/4)(3/2)/(/2)-(/2)(/4),012,(/2),2(/2) при этом соотношения раскрытия зеркал к образуемым адаптирующим трубкам будут иметь оптимальные параметры, определяемые оптикоэнергетическим коэффициентам следующего вида СОЭ 2290-(/1)2/3602(903/2)2/360/2(/2) Предлагаемая конструкция обеспечивает следующие преимущества высокие температуры нагреваемого теплоносителя,рациональное размещение концентрирующей и адаптирующей поверхностей в одном корпусе, возможность круглосуточного использования преобразованной в тепло солнечной энергии. Был изготовлен подобный солнечный коллектор по следующим расчетным параметрам 10 мм,165 мм,85 мм.30 С, количество трубок с селективным покрытием (хроматирование)-10 шт. аккумулирующий материал - парафин 35 кг.,изоляция металлического корпуса - рипор,прозрачное покрытие стекло на герметик. Экспериментальные исследования, проведенные на открытом полигоне, показали соответствие расчетных характеристик по разработанным и приведенным выражениям,значениям экспериментальных температурных характеристик адаптирующих трубок и теплоносителя(водоглицериновой смеси), замеренных алюмелькопелевыми термопарами для трубок с солнечными концентраторами и без них. Эксперименты проводились в режимах накопления и работы на потребителя. Максимальная температура с концентраторами достигала 150 С, К.П.Д. 53 . При этом оптимальные параметры коллектора имеют следующие величину угол раскрытия плоских концентраторов при двукратном преломлении солнечного луча 30 град, и трубки диаметром 20 мм.,160 мм., Н 150 мм.,85 мм. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Солнечный коллектор типа горячий ящик,состоящий из изолированного корпуса в виде короба с прозрачной поверхностью,ряда адаптирующих трубок круглого сечения, имеющих селективное покрытие и плоских зеркальных концентраторов, отличающийся тем, что каждая адаптирующая трубка в корпусе коллектора установлена в вершину угла раскрытия двух плоских зеркальных поверхностей концентратора,имеющего геометрические размеры, связанные следующими соотношениями 0(/2),1(/4),2(/2)(3/4)(3/2)/(/2)-(/2)(/4),012,(/2),2(/2),для фокусирования на поверхность трубок двукратного отражения солнечных лучей, при этом оптико-энергетический коэффициент преобразования солнечной энергии на поверхности коллектора, выражается соотношением СОЭ 2290-(/1)2/3602(903/2)2/360/2(/2) где- ширина концентратора 3 22532 0 - от точки раскрытия до начала попадания солнечных лучей 1 - поверхность однократного отражения 2 - поверхность двукратного отражения- радиус поглощающей трубчатой поверхности- угол раскрытия зеркал- высота концентратора- поверхность раскрытия концентраторов. 2. Солнечный коллектор по п.1, отличающийся тем, что в пространство между зеркал укладывается аккумулирующий материал фазово-физического превращения.