Трубчатый вакуумированный коллектор

В последние годы в СССР и за рубежом значительные усилия были направлены на создание таких коллекторов, которые бы обладали сравнительно высоким КПД (0,3 ... 0,5) при повышенных температурах (100 ... 150 °С и более). Для решения этой задачи используют различные способы снижения тепловых потерь коллектора в окружающую среду и повышения плотности потока солнечного излучения на поверхности теплоприемника.

Эффективное уменьшение тепловых потерь может быть достигнуто при совместном применении селективного поглощающего покрытия на поверхности приемника и глубокого вакуума в замкнутом пространстве, содержащем этот приемник тепла. Очевидно, что оболочка, ограничивающая приемник тепла, должна быть возможно более прозрачной по отношению к солнечному излучению. При вакуумировании внутреннего пространства оболочки до давления P <= 10-4 Па перенос тепла конвекцией становится пренебрежимо малым и может не учитываться. Поскольку создание и сохранение требуемого уровня вакуума в коллекторах плоского типа технически затруднено, то в вакуумированных коллекторах в качестве оболочки обычно применяют цилиндрические трубки из стекла. Такие коллекторы называются трубчатыми (используемая в дальнейшем аббревиатура СТВК означает: солнечный трубчатый вакуумированный коллектор).

Расчеты и эксперименты показывают, что равновесная температура СТВК с селективным поглощающим покрытием (αs = 0,9, ε = 0,1) при уровне вакуума P <= 0,07 Па без концентрации солнечного излучения на теплоприемной поверхности (q = 900 Вт/м2)может достигать 200 °С. В случае применения параболоцилиндрического концентратора равновесная температура повышалась до 440 °С, а затем падала до 260 °С, что объясняется ухудшением вакуума и оптических свойств селективного покрытия при 380 ... 400 °С.

Разработкой и изготовлением СТВК за рубежом занимаются такие известные фирмы, как "Дженерал Электрик", "Оуэне Иллинойс" и "Корнинг Кортек" США; "Санио", "Ниппон Электрик Гласе" и "Нитто Коки" Япония; "Филипс" ФРГ; "Филко" Италия; "Термомакс" Ирландия и др. Большой объем исследований в области СТВК выполняется также в Сиднейском университете (Австралия).

Существующие конструкции СТВК следует разделить на 2 группы в зависимости от того, из какого материала сделан теплоприемник - металла или стекла. В случае металлического теплоприемника характерной особенностью конструкции является наличие вакуумно-плотного спая металла со стеклом. При изготовлении теплоприемника из стекла необходимость в спае "металл-стекло" отпадает. В этом случае оптимальной с технологической точки зрения конструкцией является стеклянная колба типа сосуда Дьюара (табл. ЗА). При этом селективное поглощающее покрытие наносят на наружную поверхность внутренней трубки, а пространство между трубками колбы вакуумируют.