RU201779U1

RU201779U1 - Multifunctional solar air collector

Info

Publication number: RU201779U1
Application number: RU2020128616U
Authority: RU
Inventors: Андрей Вартазарович Дологлонян; Иван Николаевич Стаценко; Борис Анатольевич Якимович; Александр Михайлович Олейников
Original assignee: Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт природно-технических систем" (ИПТС)
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2021-01-12

Abstract

Многофункциональный воздушный солнечный коллектор предназначен для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию воздуха в дневное время суток и охлаждения воздуха и получения пресной воды - в ночное. Сущность полезной модели заключается в том, что плоский поглотитель выполнен в виде многослойной перфорированной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели и горизонтально установлен в верхней части корпуса, обращенной к Солнцу, а нижняя часть корпуса полая и выполнена в форме усеченной пирамиды, большое основание которой обращено к поглощающей панели, а меньшее основание соединено с отделителем жидкости, выполненным в форме полого цилиндра, на одной из граней которого выполнен воздухоотводящий канал, соединенный со всасывающей полостью вентилятора, а нижняя часть отделителя жидкости соединена со сборником конденсата чашевидной формы, в узкой части которого установлены патрубок и клапан, при этом отделитель жидкости, воздухоотводящий канал и сборник конденсата образованы стенками корпуса коллектора. Технический результат - простое в изготовлении и использовании, надежное и экономичное устройство, позволяющее использовать энергию солнца и холод ночного небосвода для теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений, а также получения пресной воды. 2 ил.The multifunctional solar air collector is designed to convert solar energy into thermal energy of the air during the daytime and cool the air and obtain fresh water at night. The essence of the utility model lies in the fact that the flat absorber is made in the form of a multi-layer perforated absorbing panel with an increasing surface area of the absorbing panel and is horizontally installed in the upper part of the housing facing the Sun, and the lower part of the housing is hollow and made in the form of a truncated pyramid, the large base of which facing the absorbing panel, and the smaller base is connected to a liquid separator made in the form of a hollow cylinder, on one of the edges of which an air outlet channel is made, connected to the suction cavity of the fan, and the lower part of the liquid separator is connected to a bowl-shaped condensate collector, in the narrow part of which a branch pipe and a valve are installed, while the liquid separator, the air outlet channel and the condensate collector are formed by the walls of the collector body. The technical result is an easy-to-manufacture and use, reliable and economical device that allows using the energy of the sun and the cold of the night sky for heat and cold supply of domestic and industrial structures, as well as for obtaining fresh water. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к гелиотехнике, предназначена для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию воздуха в дневное время суток и охлаждения воздуха и получения пресной воды в ночное и может быть использована как основной или дополнительный термопреобразователь в системах теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений.The utility model relates to solar technology, is designed to convert solar energy into thermal energy of the air during the daytime and cool the air and obtain fresh water at night and can be used as a main or additional thermal converter in heat and cold supply systems for household and industrial facilities.

Известен солнечный воздухонагреватель (RU 2009410 С1), который содержит теплоизолированный корпус с прозрачным покрытием и плоский поглотитель, выполненный в виде капиллярной структуры и разделяющий корпус на верхний и отводящий воздушные каналы. Часть капилляров выполнена тупиковыми, а в поглотителе выполнены открытые в сторону нижнего канала полости, сообщенные с проходными капиллярами. Верхний подающий канал подключается к патрубку подачи холодного воздуха, а нижние полости к сборному коллектору нагретого воздуха.Known solar air heater (RU 2009410 C1), which contains a thermally insulated body with a transparent coating and a flat absorber made in the form of a capillary structure and dividing the body into upper and exhaust air channels. Some of the capillaries are made dead-end, and cavities open towards the lower channel are made in the absorber and communicated with the through-flow capillaries. The upper supply channel is connected to the cold air supply pipe, and the lower cavities are connected to the collection header of heated air.

Основным недостатком этого и большинства воздушных солнечных коллекторов является сложность конструкции и, соответственно, их стоимость.The main disadvantage of this and most solar air collectors is the complexity of the design and, accordingly, their cost.

Задача полезной модели - создание простого в изготовлении и использовании, надежного и экономичного устройства, позволяющего использовать энергию солнца для теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений и получения пресной воды.The task of the utility model is to create an easy-to-manufacture and use, reliable and economical device that allows using the energy of the sun for heat and cooling supply of household and industrial structures and for obtaining fresh water.

Технический результат достигается тем, что в многофункциональном воздушном солнечном коллекторе, содержащем теплоизолированный корпус, плоский перфорированный поглотитель, поглотитель выполнен в виде многослойной перфорированной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели и горизонтально установлен в верхней части корпуса, обращенной к Солнцу, а нижняя часть корпуса полая и выполнена в форме усеченной пирамиды, большое основание которой обращено к поглощающей панели, а меньшее основание соединено с отделителем жидкости, выполненного в форме полого цилиндра, на одной из граней которого выполнен воздухоотводящий канал, соединенный со всасывающей полостью вентилятора, а нижняя часть отделителя жидкости соединена со сборником конденсата чашевидной формы, в узкой части которого установлены патрубок и клапан, при этом отделитель жидкости, воздухоотводящий канал и сборник конденсата образованы стенками корпуса коллектора.The technical result is achieved by the fact that in a multifunctional air solar collector containing a thermally insulated housing, a flat perforated absorber, the absorber is made in the form of a multi-layer perforated absorbing panel with an increasing surface area of the absorbing panel and is horizontally installed in the upper part of the housing facing the Sun, and the lower part of the housing hollow and made in the form of a truncated pyramid, the large base of which faces the absorbing panel, and the smaller base is connected to a liquid separator made in the form of a hollow cylinder, on one of the edges of which there is an air outlet channel connected to the suction cavity of the fan, and the lower part of the liquid separator connected to a bowl-shaped condensate collector, in the narrow part of which a branch pipe and a valve are installed, while the liquid separator, the air outlet channel and the condensate collector are formed by the walls of the collector body.

В заявляемой конструкции прозрачная изоляция отсутствует. Отсутствие прозрачной изоляции существенно упрощает и удешевляет конструкцию, а горизонтальное расположение позволяет более экономно использовать площадь поверхности. Поскольку поглощающая поверхность имеет минимальную площадь на границе с окружающим воздухом, и поскольку расположение солнечного коллектора выбирается горизонтальным, то конвективные потери в окружающую среду будут минимальными, что обеспечит высокий уровень эффективности. Температура ночного небосвода намного ниже окружающего воздуха, поэтому температура поглощающей панели в ночное время за счет лучистого теплообмена, будет ниже температуры окружающей среды. Прокачка воздуха через такой солнечный коллектор в ночное время обеспечит его охлаждение до температуры, которая ниже температуры окружающей среды, а также конденсацию влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, что при наличии должных аккумуляторов (холода и пресной воды), обеспечит хладоснабжение (кондиционирование) в водоснабжение в дневное время.There is no transparent insulation in the claimed design. The absence of transparent insulation greatly simplifies and reduces the cost of the design, and the horizontal arrangement allows more economical use of surface area. Since the absorbing surface has a minimal area at the border with the ambient air, and since the location of the solar collector is chosen horizontal, then convective losses to the environment will be minimal, which will ensure a high level of efficiency. The temperature of the night sky is much lower than the surrounding air, so the temperature of the absorbing panel at night due to radiant heat exchange will be lower than the ambient temperature. Pumping air through such a solar collector at night will ensure its cooling to a temperature that is lower than the ambient temperature, as well as condensation of moisture contained in the ambient air, which, if proper accumulators (cold and fresh water) are available, will provide cooling (air conditioning) to the water supply in the daytime.

В качестве перфорированной многослойной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели может быть использован набор установленных друг над другом металлических сеток, площадь поверхности которых от верхней к нижней возрастает. Например, при использовании в качестве перфорированной многослойной поглощающей поверхности 3-х слоев сеток площади поверхности распределяются по глубине следующим образом: первый слой - 10%, второй слой - 30%, а третий слой - 60% общей поверхности сеток, при этом расстояние между слоями принимается равным десяти диаметрам проволоки, из которой состоит сетка.As a perforated multi-layer absorbing panel with a depth-increasing surface area, a set of metal meshes installed one above the other can be used, the surface area of which increases from top to bottom. For example, when using 3 layers of meshes as a perforated multi-layer absorbing surface, the surface areas are distributed in depth as follows: the first layer is 10%, the second layer is 30%, and the third layer is 60% of the total surface of the meshes, while the distance between the layers is is taken equal to ten diameters of the wire of which the mesh is composed.

Сущность предложенного технического решения поясняется фиг. 1. Многофункциональный воздушный солнечный коллектор состоит из теплоизолированного корпуса (1), в котором установлены плоский перфорированный поглотитель в виде перфорированной многослойной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панели (2), отделитель жидкости инерционного типа (3), сборник конденсата (6) и вентилятор (4), управляемый клапан (5) для слива конденсата.The essence of the proposed technical solution is illustrated in Fig. 1. Multifunctional solar air collector consists of a heat-insulated body (1), in which a flat perforated absorber is installed in the form of a perforated multi-layer absorber panel with an increasing surface area (2), an inertial liquid separator (3), a condensate collector (6) and fan (4), controlled valve (5) for draining condensate.

Представленный на фиг. 1 многофункциональный воздушный солнечный коллектор работает в двух режимах - дневном и ночном.Shown in FIG. 1 multifunctional solar air collector operates in two modes - day and night.

Рассмотрим дневной режим. Управляемый клапан (5) при отсутствии осадков закрыт, вентилятор (4) включен, при наличии осадков клапан (5) открыт, а вентилятор остановлен. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где нагревается под действием солнечного излучения и направляется потребителю, например, в бак-аккумулятор тепла.Consider the day mode. The controlled valve (5) is closed in the absence of precipitation, the fan (4) is on, in the presence of precipitation, the valve (5) is open, and the fan is stopped. Outside air is sucked in by a fan (4) through a perforated multi-layer absorbing panel (2) with an increasing surface area, where it is heated under the influence of solar radiation and sent to the consumer, for example, into a heat storage tank.

Рассмотрим ночной режим. Управляемый клапан (5) открывается периодически, когда сборник конденсата (6) заполняется конденсатом, вентилятор (4) включен. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где охлаждается за счет радиационного теплообмена между поглощающей панелью и ночным небосводом, температура которого ниже температуры наружного воздуха и направляется потребителю, например, в бак-аккумулятор холода. Сконденсированная при охлаждении наружного воздуха влага после отделителя жидкости (3) скапливается в сборнике конденсата (6) и через открытый клапан (5) поступает потребителю, например в бак-накопитель конденсата. В случае осадков вентилятор (4) также остается включенным.Consider night mode. The controlled valve (5) opens periodically when the condensate collector (6) is filled with condensate, the fan (4) is on. Outside air is sucked in by a fan (4) through a perforated multi-layer absorbing panel (2) with a surface area increasing in depth, where it is cooled due to radiation heat exchange between the absorbing panel and the night sky, the temperature of which is lower than the outside air temperature and is sent to the consumer, for example, to the tank. cold accumulator. The moisture condensed during the cooling of the outside air after the liquid separator (3) accumulates in the condensate collector (6) and flows through the open valve (5) to the consumer, for example, to the condensate storage tank. In case of precipitation, the fan (4) also remains on.

Пример работы заявленной полезной модели на базе солнечной установки, представленной на фиг.2. Солнечная установка включает многофункциональный воздушный солнечный коллектор, состоящий из теплоизолированного корпуса (1) с перфорированной многослойной с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающей панелью (2), отделителем жидкости инерционного типа (3), сборником конденсата (6) и вентилятором (4), управляемым клапаном (5) для слива конденсата. Конденсат через систему очистки (17) поступает в бак-накопитель (7), которые последовательно соединены между собой трубопроводами. Баки аккумуляторы тепла (11) и холода (13) соединены с нагнетательной полостью вентилятора (4) воздухопроводами через переключаемый трехходовой клапан (12), а также сообщаются с окружающей средой воздухопроводами через переключаемый трехходовой клапан (16). Потребители холода (15) и тепла (9) соединены с соответствующими аккумуляторами трубопроводами и циркуляционными насосами, соответственно (14) и (10).An example of the operation of the claimed utility model based on a solar installation shown in Fig. 2. The solar installation includes a multifunctional solar air collector, consisting of a thermally insulated casing (1) with a perforated multi-layer absorbing panel (2) with an increasing surface area (2), an inertial liquid separator (3), a condensate collector (6) and a fan (4) controlled valve (5) for draining condensate. Condensate through the cleaning system (17) enters the storage tank (7), which are connected in series with pipelines. The heat accumulators (11) and cold (13) tanks are connected to the blower (4) discharge chamber by air ducts through a switchable three-way valve (12), and also communicate with the environment by air ducts through a switchable three-way valve (16). The consumers of cold (15) and heat (9) are connected to the corresponding accumulators by pipelines and circulation pumps, respectively (14) and (10).

Представленная на фиг.2 установка с использованием многофункционального воздушного солнечного коллектора работает в двух режимах - дневном и ночном.The installation shown in Fig. 2 using a multifunctional air solar collector operates in two modes - day and night.

Рассмотрим дневной режим. Переключающийся клапан (5) при отсутствии осадков закрыт, вентилятор (4) включен, при наличии осадков клапан (5) открыт, а вентилятор остановлен, трехходовые клапаны (12) и (16) переключены на аккумулятор тепла. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где нагревается и через клапан (12) направляется в бак-аккумулятор тепла (11), где отдает свою теплоту и далее выбрасывается через клапан (16) в окружающую среду. При этом потребитель тепла (9) получает теплоту от теплоносителя, циркулирующим между ним и баком аккумулятором посредством циркуляционного насоса (10).Consider the day mode. The switching valve (5) is closed in the absence of precipitation, the fan (4) is on, in the presence of precipitation, the valve (5) is open and the fan is stopped, the three-way valves (12) and (16) are switched to the heat accumulator. Outside air is sucked in by a fan (4) through a perforated multi-layer absorbing panel (2) with a surface area increasing in depth, where it heats up and through a valve (12) is directed to a heat accumulator tank (11), where it gives up its heat and is then ejected through a valve ( 16) into the environment. In this case, the heat consumer (9) receives heat from the coolant, the accumulator circulating between it and the tank by means of a circulation pump (10).

Рассмотрим ночной режим. Переключающийся клапан (5) открывается периодически, когда сборник конденсата (6) заполняется конденсатом, вентилятор (4) включен, трехходовые клапаны (12) и (16) переключены на аккумулятор холода. Наружный воздух засасывается вентилятором (4) через перфорированную многослойную с увеличивающейся по глубине площадью поверхности поглощающую панель (2), где охлаждается и через клапан (12) направляется в бак-аккумулятор холода (13), где отдает свой холод и далее выбрасывается через клапан (16) в окружающую среду. При этом потребитель холода (15) получает холод от теплоносителя, циркулирующим между ним и баком аккумулятором посредством циркуляционного насоса (14). Сконденсированная при охлаждении наружного воздуха влага после отделителя жидкости (3) скапливается в сборнике конденсата и через открытый клапан (5) через систему чистки (17) поступает в бак-накопитель конденсата (7). В случае осадков вентилятор также остается включенным.Consider night mode. The switching valve (5) opens periodically when the condensate collector (6) is filled with condensate, the fan (4) is on, the three-way valves (12) and (16) are switched to the cold accumulator. Outside air is sucked in by the fan (4) through a perforated multi-layer absorbing panel (2) with a surface area increasing in depth, where it is cooled and through the valve (12) is directed to the cold storage tank (13), where it gives off its cold and is then thrown out through the valve ( 16) into the environment. In this case, the consumer of cold (15) receives cold from the coolant, the accumulator circulating between him and the tank by means of a circulation pump (14). Moisture condensed during cooling of the outside air after the liquid separator (3) accumulates in the condensate collector and through the open valve (5) through the cleaning system (17) enters the condensate storage tank (7). In case of precipitation, the fan also remains on.

В результате осуществления предлагаемой полезной модели получаем простое в изготовлении и использовании, надежное и экономичное устройство, позволяющее использовать энергию солнца и холод ночного небосвода для теплохладоснабжения бытовых и промышленных сооружений, а также получения пресной воды.As a result of the implementation of the proposed utility model, we obtain an easy-to-manufacture and use, reliable and economical device that allows using the energy of the sun and the cold of the night sky for heat-and-cold supply of domestic and industrial structures, as well as for obtaining fresh water.

Claims

Multifunctional solar air collector containing a thermally insulated housing, a flat perforated absorber, characterized in that the flat absorber is made in the form of a multi-layer perforated absorbing panel with an increasing surface area of the absorbing panel and is horizontally installed in the upper part of the housing facing the Sun, and the lower part of the housing is hollow and is made in the form of a truncated pyramid, the large base of which faces the absorbing panel, and the smaller base is connected to a liquid separator made in the form of a hollow cylinder, on one of the faces of which an air outlet channel is made connected to the suction cavity of the fan, and the lower part of the liquid separator is connected to a bowl-shaped condensate collector, in the narrow part of which a branch pipe and a valve are installed, while the liquid separator, the air outlet channel and the condensate collector are formed by the walls of the collector body.