РАЗДЕЛ 2
КОНСТРУКЦИЯ КОЛЛЕКТОРА С КОНЦЕНТРАТОРАМИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИ
2.1. Конструкция и принцип работы солнечного коллектора с концентраторами
энергии
Интенсивное развитие направления использования солнечной энергии привело к
необходимости создания такого оборудования, которое обеспечивало бы высокую
эффективность работы, небольшой срок окупаемости, экологическую чистоту
окружающей среды и простоту в изготовлении и эксплуатации [97].
Целью раздела является разработка оборудования для высокоэффективной утилизации
солнечной энергии. Поставленная цель достигается путем применения
цилиндрического вакуумированного коллектора с концентраторами энергии. При этом
необходимо решить следующие задачи: разработать различные варианты конструкций
коллектора, а также солнечных водонагревательных установок, работающих на
основе таких коллекторов; определить область их применения. Согласно патенту
[9] на рис. 2.1. представлена схема конструкции вертикального цилиндрического
вакуумированного коллектора с концентраторами солнечной энергии с собственным
насосом. При этом приведенная конструкция позволяет одновременно использовать
как солнечную, так и ветровую энергию [98].
Солнечный колектор с концентраторами энергии, конструкция которого представлена
на рис. 2.1., состоит из светопрозрачного корпуса 1, концентраторирующих
солнечную энергию элементов 2, наружной 3 и внутренней 4 трубы коллектора,
лопаток 5, рамы 6, щеток 7, постоянных магнитов 8 и 9, обмоток 10 и 14, поршня
11, пружин 12 и 15, пропускных клапанов 13 и 16, кольцевого канала 17, опорных
подшипников 18 и 19, обратного клапана 20, устройств для регулирования скорости
вращения рамы 21 и 22, соединительных фланцев 23 и 24, стаканов 25 и 26.
Рис. 2.1. Схема солнечного коллектора с концентраторами энергии с собственным
насосом и кольцевым каналом
Корпус солнечного коллетора выполнен из светопрозрачного материала с
минимальным сопротивлением потоку солнечной тепловой энергии. В корпус
коллектора по всей его площади на определенном расстоянии друг от друга
вмонтированы концентрирующие элементы, которые фокусируют энергию на
поверхности наружной трубы коллектора. При этом корпус, наружная и внутренняя
труба расположены коаксиально. Диаметр наружной трубы больше диаметра
внутренней трубы на два фокусных расстояния вмонтированных концентраторов.
Пространство между корпусом коллектора и наружной трубой вакуумировано с целью
снижения потерь тепла за счет конвективного переноса.
Подвод холодного теплоносителя к коллектору осуществляется снизу. Нагреваясь,
теплоноситель перемещается по кольцевому каналу и забирается из верхней точки
коллектора. В торцах наружной трубы находятся пропускные клапаны и пружины.
Коаксиально с внешней стороны наружной трубы крепятся неподвижные обмотки.
Симметрично концентраторам энергии расположена рама с возможностью реверсивного
вращения. На этой раме закреплены диаметрально две щетки, лопатки для вращения
рамы, а также постоянные магниты, которые находятся на уровне обмоток в
непосредственной близости от них. При вращении рамы щетки очищают поверхность
концентрирующих солнечную энергию элементов, а магниты вращаются вокруг
обмоток.
При вращении магнитов в обмотках возникает электрический ток. Во внутренней
трубе коллектора размещен поршень с возможностью осевого обратнопоступательного
перемещения под воздействием электромагнитных сил. Снизу и сверху рамы крепятся
устройства для ее торможения в том случае, если скорость ветра превышает
расчетную скорость для данного района.
Принцип работы коллектора заключается в следующем. Прямая и рассеянная
солнечная радиация проходит сквозь прозрачный корпус 1 и попадает на покрытую
селективным покрытием поверхность наружной трубы коллектора 3. Часть энергии
фокусируется на наружной трубе концентрирующими элементами 2. При этом
температура на поверхности наружной трубы в местах попадания сконцентрированных
лучей превышает 260 0С.
Под воздействием потока атмосферного воздуха на лопатках коллектора 5
создается ветровое давление, которое приводит во вращение раму 6 со щетками 7 и
магнитами 8 и 9. Рама вращается на опорных подшипниках 18 и 19. При этом в
обмотке 10 возникает электрический ток. За счет воздействия электромагнитных
сил поршень 11 будет перемещаться вверх по внутренней трубе 4 до того момента,
пока не упрется в пружину 12. Клапан 13 откроется, и под поршень 11 поступит
холодный теплоноситель. В это время в обмотке 10 электрический ток исчезнет, а
в обмотке 14 появится, и поршень 11 начнет перемещаться вниз до упора в пружину
15. Клапан 13 закроется, а клапан 16 откроется, и теплоноситель будет
вытесняться по кольцевому каналу 17 в пространство над поршнем 11 и далее по
трубе в систему горячего водоснабжения. При помощи щеток 6 осуществляется
очистка концентрирующих солнечную энергию элементов 2 от загрязнения. В случае
сильного ветра скорость вращения рамы 5 регулируется устройствами 21, которые
будут прижиматься к раме 5 тем сильнее, чем выше скорость ее вращения и больше
ЭДС в обмотках 9 и 14.
На рис. 2.2. показана конструкция коллектора с винтовым каналом. Преимущество
винтового канала состоит в том, что при движении закрученного потока
теплоносителя теплообмен осуществляется в 1,5 – 2,5 раза интенсивнее [99].
Кроме того, при одинаковом расходе жидкости может увеличиваться скорость
закрученного потока теплоносителя и, соответственно, увеличивается теплосъем.
Рис. 2.2. Схема солнечного коллектора с концентраторами энергии с собственным
насосом и винтовым каналом
На рис. 2.2. показана конструкция солнечного коллектора, у которого канал 17
имеет винтовую форму. П
- Київ+380960830922