Аккумулятор тепла для вакуумных трубок - обеспечивает работу солнечного коллектора при отсутствии солнца !
Во всех гелиосистемах главным элементом, в котором солнечная энергия преобразуется в тепловую, являются вакуумные трубки.
Вакуумная трубка представляет из себя аналог колбы термоса (базовый наружный диаметр 58 мм, длина 1800 мм) – две спаянные наверху стеклянные трубки из боросиликатного стекла. Между ними вакуум для обеспечения теплоизоляции. Внешняя стеклянная трубка прозрачная. Наружная поверхность внутренней трубки покрыта специальным селективным многослойным покрытием, которое поглощает солнечное излучение, в результате этого нагревается и отдает тепло находящейся в трубке воде (простейшие безнапорные водонагреватели или коллектора) или установленной внутри медной тепловой трубке (трубки, изготовленные по технологии Heat Pipe).
Трубки, изготовленные по технологии Heat Pipe, составляют основу напорных солнечных коллекторов круглогодичной эксплуатации. ( Фотографии 1,2,3)
(1)
(2)
(3)
Внутри обычной, описанной выше, стеклянной трубки зафиксирована медная тепловая трубка с помощью теплопередающих алюминиевых лепестков.
(Фото 4)
Лепестки могут быть разной формы, но смысл их в восприятии тепла с нагретой поверхности внутренней трубки и передаче его медной тепловой трубке. Внутри медной тепловой трубки находится легкокипящая жидкость. При ее нагреве она испаряется и поднимается вверх в конденсатор (расширенная часть тепловой трубки). Конденсатор омывает теплоноситель. Он «снимает» с него тепло, охлаждая тем самым легкокипящую жидкость. Происходит ее конденсация и переход из парообразного состояния в жидкое. Жидкость стекает вниз внутри трубки и процесс повторяется. Схема показана на рисунке ниже.
(Рисунок 5)
Коллектор в разрезе
(6)
(7)
Главным минусом работы подобной трубки, как и всех других гелиосистем, заключается в том, что при отсутствии солнца (тучи на небе, тень, ночь, снегопад) система перестает накапливать энергию. Это накладывает определенные ограничения на эксплуатацию гелиосистем. Например, истратив вечером всю полученную за солнечный день энергию (энергия накапливается в виде горячей воды в баках-аккумуляторах) мы лишаем себя бесплатной горячей воды в ночные и утренние часы до тех пор, пока вновь взошедшее солнце не обеспечит нас новой порцией энергии.
Принимая во внимание тот факт, что внутренняя полость трубки полая (см. фото 4,5,6), нашими специалистами предложено заполнить это пространство теплоаккумулирующим веществом. Задача этого вещества накапливать в своей массе тепло в то время, когда трубка находится в рабочем состоянии – освещена солнцем. Количество накапливаемой энергии определяется массой теплоаккумулирующего вещества, умноженной на его удельную теплоемкость и на разницу температуры нагрева вещества. После прекращения освещения трубки солнечным светом и, соответственно, прекращении поступления энергии извне, накопленная в теплоаккумулирующем веществе энергия будет передаваться через тепловую медную трубку теплоносителю, обеспечивая, тем самым, продолжение процесса работы всей системы. Схема трубки с теплоаккумулирующим веществом приведена на рисунке 8.
(Рис 8)
«Изюминкой» подхода наших специалистов был отказ от изготовления «капсулированного» теплоаккумулятора, т.е. от размещения теплоаккумулирующего вещества в оболочке. Это сразу резко снизило стоимость изделия. Материал был подобран таким образом, чтобы в обычной обстановке от -50 до +40 градусов он оставался твердым. Это обеспечивает отличные логистические, монтажные, торговые свойства аккумулятора. При размещении же аккумулятора в свободном внутреннем пространстве трубки и начале ее работы (освещении солнцем) материал расплавляется и занимает все свободное пространство без зазоров. Описываемая технология применима не только для вновь устанавливаемых солнечных коллекторов. Огромным «плюсом» данной разработки является уникальная возможность дооснастить (а значит и резко поднять энергоотдачу) уже установленные вакуумные коллектора без внесения каких либо изменений в смонтированное оборудование. Для этого достаточно только вытащить из манифолда солнечного коллектора трубку, установить внутри нее определенное количество теплоаккумулирующих зарядов (фото 9,10) и вернуть трубку на место. Несколько минут и энергоотдача конструкции вашей вакуумной трубки и солнечного коллектора «в целом» выросла до 50%. Описанная разработка получила защиту в Федеральной службе по интеллектуальной собственности (Роспатент), выдавшей на нее патент №171104.
(Фото 9)
(Фото 10)
В ходе отработки идеи на протяжении 4-х лет ведутся испытания различных по составу и конструкции теплоаккумуляторов. В ходе испытаний фиксируется температура на конденсаторе тепловой трубки. В ходе каждого цикла сравнительных испытаний регистратор температуры одновременно, при одних и тех же погодных условиях, записывает показания температуры на «заводской» трубке (без теплоаккумулятора) и на конденсаторе трубки, оснащенной теплоаккумуляторами. По данным показаниям строится график температуры по времени и измеряется площадь под графиком температуры, которая пропорциональна энергетическим возможностям трубки. Чем больше площадь под кривой, тем выше энергоотдача трубки. В качестве примера на рисунке 11 приведены данные по испытаниям, проведенным с 29 апреля по 02 мая 2016 года.
(Рисунок 11)
Где : по оси Y – температура на конденсаторе тепловой трубки
по оси X – время суток.
На рисунке 12 приведен график температуры на конденсаторе тепловой трубки с 05-00 утра 01 мая до 05-00 утра 02 мая 2016 года (ровно сутки).
(Рисунок 12)
Какие некоторые укрупненные предварительные выводы можно сделать из продемонстрированных графиков:
1. Площадь под красной кривой (трубка с установленным аккумулятором тепла) на 40% больше площади по синей кривой («заводская» трубка), что говорит о росте энергетических возможностей трубки с аккумулятором на 40%.
2. «Пилообразность» синей кривой («заводская» трубка) говорит о сильной зависимости температуры на конденсаторе трубки от наличия/отсутствия солнца. При заходе солнца за тучи происходит падение температуры. Наличие установленного аккумулятора тепла «сглаживает» эти явления и не допускает «провалов» температуры.
3. Вечерний заход солнца приводит к резкому падению температуры на конденсаторе «заводской» трубки и остановке ее работы. В то время как наличие аккумулятора тепла позволяет поддерживать активность (рабочее состояние) трубки не только в вечернее время, но даже в ночные часы. Это обеспечивает работу солнечного коллектора даже при отсутствии солнца.
4. «Заводская» трубка быстрее выходит на рабочий режим работы. Трубка с установленным аккумулятором делает это медленнее (за счет потребления части тепла аккумулятором). В настоящий момент нашими инженерами найден путь устранения этого недостатка. Проводятся экспериментальные работы по отработке идеи и подтверждению ее результатами практических испытаний.
Таким образом наглядно продемонстрирован и подтвержден качественный скачок в повышении эффективности работы вакуумных коллекторов за счет применения разработанной нашими специалистами технологии оснащения вакуумных трубок теплоаккумулирующим материалом.
