MD4732C1

MD4732C1 - Solar collector

Info

Publication number: MD4732C1
Application number: MDA20180094A
Authority: MD
Inventors: Николае Павел КОВАЛЕНКО; Николае Николае КОВАЛЕНКО; Ион НЕГУРА; Кэлин НЕГУРА
Original assignee: Николае Павел КОВАЛЕНКО; Ион НЕГУРА
Priority date: 2018-11-02
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2021-06-30
Also published as: MD4732B1

Abstract

The invention relates to power engineering and solar engineering, in particular to solar collectors, and can be used for heating water and generating thermal energy.The solar collector comprises a transparent surface (2), under which at a distance, forming an air layer (3), is placed an absorber in the form of a plate (8), covered with a selective layer (9). Under the plate (8) is placed an oilcloth (10) with tubes of polymer material (11), a cold water dispenser (4) and a hot water collector (5), all being fixed in a frame (1) with thermal insulation (19). The ends of the cold water dispenser (4) and the hot water collector (5) are equipped with branch pipes (6) and (7), respectively. The oilcloth (10) is placed on a sandwich panel of heat-insulating material (12). The transparent surface (2) is fixed to the frame (1) with the help of screws (15) and corners (16). Between the corners (16) and the transparent surface (2) and between the frame (1) and the heat-insulating panel are placed spacers (17) and (18), respectively.

Description

Invenţia se referă la energetică şi heliotehnică, în special la colectoare solare, şi poate fi utilizată pentru încălzirea apei şi producerea energiei termice. The invention relates to energy and solar technology, in particular to solar collectors, and can be used for heating water and producing thermal energy.

Colectorul solar este partea esenţială a echipamentului, care transformă radiaţia solară în energie termică. Colectoarele plane dispun de o suprafaţă de absorbire a radiaţiei solare egală cu aria aperturii ei. Lichidul care circulă este apă, adesea cu antigel de glicol adăugat. The solar collector is the essential part of the equipment, which transforms solar radiation into thermal energy. Flat collectors have a solar radiation absorption surface equal to the area of its aperture. The circulating fluid is water, often with glycol antifreeze added.

Principalele aplicaţii ale acestor colectoare sunt sistemele de încălzire solare ale locuinţelor şi altor încăperi, încălzirea apei menajere, apei din piscine, în distilatoarele solare şi alte utilizări. Ele pot fi utilizate în sistemele de condiţionare ale aerului în combinaţie cu unităţile de refrigerare prin absorbţie. The main applications of these collectors are the solar heating systems of houses and other rooms, the heating of domestic water, water in swimming pools, in solar stills and other uses. They can be used in air conditioning systems in combination with absorption refrigeration units.

O problemă majoră în utilizarea energiei solare este costul ridicat al colectoarelor solare, care frânează utilizarea ei de către populaţia cu venituri mici. A major problem in the use of solar energy is the high cost of solar collectors, which inhibits its use by the low-income population.

Sunt cunoscute colectoare solare plane, executate în formă de panou din masă plastică, care include o secţie transparentă şi alta absorbantă, despărţite de un perete transparent, în fiecare din ele fiind executate canale tubulare, un strat termoizolant, amplasat sub secţia absorbantă, precum şi un distribuitor de apă rece şi un colector al apei calde, unite cu canalele tubulare ale secţiei absorbante de energie solară. Suprafaţa exterioară a secţiei absorbante sau suprafaţa interioară a fiecărui canal tubular al ei este acoperită cu un strat absorbant de lumină, iar distribuitorul de apă rece şi colectorul apei calde sunt amplasate la capetele secţiei absorbante, paralele unul fată de altul şi perpendiculare faţă de canalele tubulare [1, 2]. Flat solar collectors are known, executed in the form of a panel made of plastic mass, which includes a transparent section and another absorbing section, separated by a transparent wall, in each of which tubular channels are executed, a heat-insulating layer, placed under the absorbing section, as well as a cold water distributor and a hot water collector, connected to the tubular channels of the solar energy absorbing section. The outer surface of the absorbent section or the inner surface of each of its tubular channels is covered with a light-absorbing layer, and the cold water distributor and the hot water collector are located at the ends of the absorbent section, parallel to each other and perpendicular to the tubular channels [1, 2].

Dezavantajele acestor colectoare solare constau în complexitatea confecţionării lor, şi anume, în imposibilitatea de a obţine joncţiuni sigure dintre secţia absorbantă de energie solară şi distribuitorul de apă rece şi colectorul de apă caldă. The disadvantages of these solar collectors consist in the complexity of their manufacture, namely, in the impossibility of obtaining safe junctions between the solar energy absorbing section and the cold water distributor and the hot water collector.

Este cunoscut un procedeu şi un sistem de confecţionare a muşamalei tubulare metalice pentru utilizare în încălzitoare solare. Sistemul include o multitudine de tuburi la distribuitorul de apă rece şi colectorul de apă caldă. Între tuburi sunt plasate aripioare de conducere a căldurii spre ele [3]. A process and a system for the manufacture of metallic tubular sheeting for use in solar heaters is known. The system includes a multitude of tubes to the cold water distributor and the hot water collector. Between the tubes are placed heat conduction fins to them [3].

Dezavantajul acestui sistem constă în costul ridicat, din cauza utilizării materialelor scumpe. The disadvantage of this system is the high cost, due to the use of expensive materials.

Este cunoscut un încălzitor solar termosifonic care reprezintă un ansamblu de încălzire a apei, ce conţine un distribuitor de apă rece şi un colector de apă caldă, care serveşte şi în calitate de rezervor de stocare, conectate printr-un absorbant solar de căldură, cuprinzând benzi flexibile din tuburi de cauciuc, fiecare bandă fiind formată din tuburi multiple, conectate prin intermediul unor benzi de separare, laminate în jurul rezervorului de stocare [4]. A thermosyphonic solar heater is known, which is a water heating assembly, containing a cold water distributor and a hot water collector, which also serves as a storage tank, connected by a solar heat absorber, comprising bands flexible rubber tubing, each strip consisting of multiple tubes, connected by spacer strips, laminated around the storage tank [4].

Dezavantajele acestui încălzitor solar constau în aceea că, acesta nu poate utiliza efectul de seră pentru obţinerea unei temperaturi mai înalte a apei, pierderile de căldură sunt mari din cauza lipsei izolaţiei termice sau a dificultăţilor în instalarea ei. Cauciucul este un material elastic, care are nevoie de pereţi groşi ai tuburilor, ceea ce ridică rezistenţa lor termică, şi ca rezultat, reduce eficienţa. Ca şi în cazurile descrise, confecţionarea colectorului solar este complicată, este imposibil de a obţine joncţiuni sigure în locurile de lipire, ceea ce conduce la o fiabilitate scăzută a ansamblului şi la scurgeri de lichid. The disadvantages of this solar heater are that it cannot use the greenhouse effect to obtain a higher water temperature, the heat losses are high due to the lack of thermal insulation or the difficulties in its installation. Rubber is an elastic material, which needs thick tube walls, which increases their thermal resistance, and as a result, reduces efficiency. As in the described cases, the manufacture of the solar collector is complicated, it is impossible to obtain safe junctions in the soldering places, which leads to a low reliability of the assembly and liquid leaks.

Cea mai apropiată soluţie este un colector solar, care conţine două profiluri laterale, fiecare fiind realizat în formă de perete vertical, capetele căruia fiind îngroşate cu caneluri perpendiculare pe perete. Colectorul mai conţine un gard transparent din sticlă, fixat pe părţile laterale în canelurile superioare ale profilurilor laterale, un perete posterior, fixat pe părţile laterale în canelurile inferioare ale profilelor laterale, un absorbant cu tuburi pentru agentul termic, amplasat între sticlă şi peretele posterior, şi o izolaţie termică, amplasată între absorbant şi peretele posterior. Cavităţile profilurilor laterale dintre caneluri sunt umplute cu izolaţie termică laterală. Colectorul este dotat cu două profiluri frontale în formă de U şi două capace frontale. Sticla este fixată suplimentar pe părţile frontale dintre capacele frontale şi rafturile superioare ale profilurilor frontale în formă de U. Peretele posterior este fixat suplimentar pe părţile frontale dintre capacele frontale şi rafturile inferioare ale profilurilor frontale în formă de U. Cavităţile profilurilor frontale în formă de U dintre rafturi sunt umplute cu izolaţie termică [5]. The closest solution is a solar collector, which contains two side profiles, each being made in the form of a vertical wall, the ends of which are thickened with grooves perpendicular to the wall. The collector also contains a transparent glass fence, fixed on the sides in the upper grooves of the side profiles, a rear wall, fixed on the sides in the lower grooves of the side profiles, an absorber with tubes for the heat agent, located between the glass and the rear wall, and a thermal insulation, located between the absorber and the rear wall. The cavities of the side profiles between the grooves are filled with lateral thermal insulation. The collector is equipped with two U-shaped front profiles and two front covers. The glass is additionally fixed on the front sides between the front covers and the upper shelves of the U-shaped front profiles. The rear wall is additionally fixed on the front sides between the front covers and the lower shelves of the U-shaped front profiles. The cavities of the U-shaped front profiles between the shelves are filled with thermal insulation [5].

Dezavantajul acestei soluţii constă în confecţionarea complicată a colectorului solar şi implicarea muncii manuale în exces, ceea ce conduce la costuri înalte ale produsului finit. The disadvantage of this solution is the complicated manufacture of the solar collector and the involvement of excessive manual work, which leads to high costs of the finished product.

Problema pe care o rezolvă invenţia dată constă în simplificarea construcţiei şi confecţionării colectorului solar din materiale şi accesorii produse în masă, micşorarea costurilor producerii şi ridicarea eficienţei colectorului solar. The problem that the given invention solves consists in simplifying the construction and manufacturing of the solar collector from mass-produced materials and accessories, reducing production costs and increasing the efficiency of the solar collector.

Colectorul solar, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că include o suprafaţă transparentă sub care, la o distanţă, formând un strat de aer, este amplasat un absorbant în formă de placă, acoperită cu un strat selectiv, sub placa este amplasată o muşama cu tuburi din material polimeric, un distribuitor de apă rece şi cu un colector de apă caldă, toate fiind fixate într-un cadru cu termoizolaţie, capetele distribuitorului de apă rece şi a colectorului de apă caldă fiind dotate cu racorduri. Muşamaua este amplasată pe un panou sandwich din material termoizolant. Suprafaţa transparentă este fixată de cadru cu ajutorul unor şuruburi şi colţare. Între colţare şi suprafaţa transparentă şi între cadru şi panoul termoizolant sunt plasate garnituri. Muşamaua poate fi fixată pe panoul sandwich cu ajutorul unor fixatoare şi distanţiere. Suprafaţă transparentă poate fi executată integrală sau celulară din policarbonat sau alt material transparent. The solar collector, according to the invention, removes the disadvantages mentioned above in that it includes a transparent surface under which, at a distance, forming an air layer, an absorber is placed in the form of a plate, covered with a selective layer, under the plate is placed a sheet with tubes of polymeric material, a cold water distributor and a hot water collector, all being fixed in a frame with thermal insulation, the ends of the cold water distributor and the hot water collector being equipped with connections. The curtain is placed on a sandwich panel made of heat-insulating material. The transparent surface is fixed to the frame with the help of screws and corners. Gaskets are placed between the corner and the transparent surface and between the frame and the thermal insulation panel. The sheet can be fixed on the sandwich panel with the help of fasteners and spacers. The transparent surface can be integral or cellular made of polycarbonate or other transparent material.

Particularităţile invenţiei constau în aplicarea muşamalelor tubulare din material nemetalic, care conţin o multitudine de tuburi polimerice cu pereţi subţiri. Suprafaţa tuburilor este mai mare sau egală cu apertura colectorului. Muşamalele tubulare din material polimeric (polipropilenă, de exemplu) cu o multitudine de tuburi subţiri cu capetele sudate la un distribuitor de apă şi cu un colector al ei, sunt produse în masă cu o altă destinaţie, dar pot fi utilizate în colectorul solar. Ele dispun de o fiabilitate înaltă, rezistă la temperatura şi presiunea acceptabilă a apei. Acest fapt micşorează considerabil costul de producere a colectoarelor solare. The particularities of the invention consist in the application of tubular blinds made of non-metallic material, which contain a multitude of polymer tubes with thin walls. The surface of the tubes is greater than or equal to the aperture of the collector. Tubular sheets made of polymeric material (polypropylene, for example) with a multitude of thin tubes with ends welded to a water distributor and its collector, are mass-produced with a different destination, but can be used in the solar collector. They have high reliability, withstand acceptable water temperature and pressure. This fact considerably reduces the production cost of solar collectors.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-2, care reprezintă: The invention is explained by the drawings in fig. 1-2, which represents:

- fig. 1, secţiunea laterală a colectorului solar; - fig. 1, the side section of the solar collector;

- fig. 2, secţiunea frontală a colectorului solar. - fig. 2, the front section of the solar collector.

Colectorul solar (fig. 1) include suprafaţa transparentă 2 sub care, la o distanţă, formând stratul de aer 3, este amplasat absorbantul în formă de placă 8, acoperită cu stratul selectiv 9. Sub placa 8 este amplasată muşamaua 10 cu tuburile din material polimeric 11, distribuitorul de apă rece 4 şi cu colectorul de apă caldă 5, toate fiind fixate în cadrul 1 cu termoizolaţia 19. Capetele distribuitorului de apă rece 4 şi ale colectorului de apă caldă 5 sunt dotate cu racordurile 6 şi 7, respectiv. Muşamaua 10 este amplasată pe panoul sandwich din materialul termoizolant 12. Suprafaţa transparentă 2 este fixată de cadrul 1 cu ajutorul şuruburilor 15 şi a colţarelor 16. Între colţare 16 şi suprafaţa transparentă 2 sunt plasate garniturile 17, iar garniturile 18 sunt plasate între cadrul 1 şi panoul termoizolant 12. Muşamaua 10 poate fi fixată pe panoul sandwich 12 cu ajutorul fixatoarelor 14 şi distanţierelor 13 (fig. 2). The solar collector (fig. 1) includes the transparent surface 2 under which, at a distance, forming the air layer 3, is placed the absorber in the form of a plate 8, covered with the selective layer 9. Under the plate 8 is placed the sheet 10 with the material tubes polymer 11, the cold water distributor 4 and the hot water collector 5, all being fixed in the frame 1 with the thermal insulation 19. The ends of the cold water distributor 4 and the hot water collector 5 are equipped with connections 6 and 7, respectively. The sheet 10 is placed on the sandwich panel made of the heat-insulating material 12. The transparent surface 2 is fixed to the frame 1 with the help of screws 15 and the corners 16. The gaskets 17 are placed between the corner 16 and the transparent surface 2, and the gaskets 18 are placed between the frame 1 and the thermal insulation panel 12. The sheet 10 can be fixed on the sandwich panel 12 with the help of fasteners 14 and spacers 13 (fig. 2).

Colectorul solar funcţionează în modul următor. The solar collector works in the following way.

Apa trece prin racordul 6 în colectorul de apă rece 4 şi în muşamaua 10 prin tuburile 11 din material nemetalic şi iese în colectorul de apă caldă 5 prin racordul 7. Razele solare, trecând prin pereţii suprafeţei transparente 2 şi stratul de aer 3, ajunge la placa 8 acoperită cu stratul selectiv 9 pe suprafaţa dinspre soare. Datorită absorbţiei razelor solare de către stratul selectiv 9, pe placa 8 se degajează căldură, care se transmite prin contact cu tuburile 11, care dispun de o suprafaţă mare de contact cu apa din ele, iar pereţii subţiri ale tuburilor 11 polimerici permit transmiterea eficientă a căldurii apei din ele. Totodată, în spaţiul dintre suprafaţă transparentă 2 şi panoul termoizolant 12 sandwich apare efectul de seră, care amplifică temperatura, iar suprafaţa transparentă 2 celulară din policarbonat creează termoizolaţia 19, care micşorează pierderile de căldură în mediu prin pereţii cadrului 1. The water passes through the connection 6 into the cold water collector 4 and into the sheet 10 through the tubes 11 of non-metallic material and exits into the hot water collector 5 through the connection 7. The sun's rays, passing through the walls of the transparent surface 2 and the air layer 3, reach plate 8 covered with the selective layer 9 on the surface facing the sun. Due to the absorption of solar rays by the selective layer 9, heat is released on the plate 8, which is transmitted through contact with the tubes 11, which have a large contact surface with the water in them, and the thin walls of the polymer tubes 11 allow the efficient transmission of the heat of the water in them. At the same time, in the space between the transparent surface 2 and the sandwich thermal insulation panel 12, the greenhouse effect appears, which amplifies the temperature, and the cellular transparent surface 2 made of polycarbonate creates thermal insulation 19, which reduces the heat loss to the environment through the walls of the frame 1.

Datorită înclinării cadrului 1 faţă de orizont, inclusiv şi a muşamalei 10, apa încălzită îşi micşorează densitatea şi se deplasează de la distribuitorul de apă rece 4 spre colectorul de apă caldă 5. Distribuitorul de apă rece 4 şi colectorul de apă caldă 5, fiind incluse într-un circuit închis, încălzesc apa din el. Due to the inclination of the frame 1 with respect to the horizon, including the sheet 10, the heated water decreases its density and moves from the cold water distributor 4 to the hot water collector 5. The cold water distributor 4 and the hot water collector 5, being included in a closed circuit, I heat the water in it.

Muşamaua, 10 fiind instalată pe panoul termoizolant 12 sandwich cu ajutorul distanţierelor 13 şi a fixatoarelor 14, este izolată termic de mediul ambiant prin termoizolaţia 19, iar peretele lui exterior, opus soarelui cu ajutorul garniturilor 18, protejează colectorul de pătrunderea umezelii şi particulelor străine. The curtain, 10 being installed on the sandwich thermal insulation panel 12 with the help of the spacers 13 and the fasteners 14, is thermally insulated from the ambient environment by the thermal insulation 19, and its outer wall, opposite the sun with the help of the gaskets 18, protects the collector from the penetration of moisture and foreign particles.

Invenţia propusă simplifică construcţia şi tehnologia confecţionării colectorului solar din materiale şi accesorii produse în masă, reduce considerabil lucrul manual şi majorează fiabilitatea lui. Aceasta diminuează preţul produsului finit, conduce la micşorarea considerabilă a costului energiei obţinute şi este econom. Transmiterea căldurii solare la apă cu pierderi mici şi izolarea termică a lui, contribuie la majorarea randamentului colectorului. Aceasta va micşora cheltuielile de muncă manuală, va reduce costurile de producere şi va asigura, cu costuri minime, accesibilitatea consumatorilor la folosirea energiei solare. The proposed invention simplifies the construction and manufacturing technology of the solar collector from mass-produced materials and accessories, considerably reduces manual work and increases its reliability. This lowers the price of the finished product, leads to a considerable decrease in the cost of the energy obtained and is economical. The transmission of solar heat to water with low losses and its thermal insulation contribute to increasing the efficiency of the collector. This will reduce manual labor expenses, reduce production costs and ensure, with minimal costs, the accessibility of consumers to the use of solar energy.

1. US 4114597 A 1978.09.19 1. US 4114597 A 1978.09.19

2. MD 2802 B1 2005.06.30 2. MD 2802 B1 2005.06.30

3. US 2014209089 A1 2014.07.31 3. US 2014209089 A1 2014.07.31

4. US 4353352 A 1982.10.12 4. US 4353352 A 1982.10.12

5. RU 2485418 C1 2013.06.20 5. RU 2485418 C1 2013.06.20

Claims

1. Solar collector, which includes a transparent surface (2) under which, at a distance, forming an air layer (3), an absorber in the form of a plate (8), covered with a selective layer (9), is placed, under the plate (8) is placed a sheet (10) with tubes of polymeric material (11), a cold water distributor (4) and a hot water collector (5), all of which are fixed in a frame (1) with thermal insulation (19), the ends of the cold water distributor (4) and the hot water collector (5) being equipped with connections (6) and (7), respectively, at the same time the sheet (10) is placed on a sandwich panel of material thermal insulation (12); the transparent surface (2) is fixed to the frame (1) with the help of screws (15) and corners (16); gaskets (17) and (18) are placed between the corner (16) and the transparent surface (2) and between the frame (1) and the thermal insulation panel (12), respectively.

2. Solar collector, according to claim 1, in which the sheet (10) is fixed on the sandwich panel (12) with the help of fasteners (14) and spacers (13).

3. Solar collector, according to claims 1 and 2, in which the transparent surface (2) is integrally or cellularly made of polycarbonate or other transparent material.