energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTU10.21122/1029-7448-2020-63-5-472-484energy-1998Research ArticleТЕПЛОЭНЕРГЕТИКАНEAT POWER ENGINEERINGСолнечные коллекторы на основе медных двухфазных термосифоновSolar Collectors Based оn Copper Two-Phase ThermosyphonsМариненкоВ. И.MarynenkoV. I.

Адрес для переписки: Мариненко Владимир Иванович – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», просп. Победы, 56, 03056, г. Киев, Украина. Тел.: +380 44 204-80-87

v.marinenko@gmail.com

Address for correspondence: Marynenko Volodymyr I. – National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnik Institute”, 56, Peremogy Ave., 03056, Kyiv, Ukraine. Tel.: +380 44 204-80-87

КулиничВ. С.KulynychV. S.

г. Киев

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»УкраинаNational Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnik Institute”Ukraine202013102020635472484Copyright © Мариненко В.И., Кулинич В.С., 20202020Мариненко В.И., Кулинич В.С.Marynenko V.I., Kulynych V.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/1998

Термосифоны и тепловые трубы открывают широкие возможности при создании пассивных систем тепломассопереноса. Известны различные конструктивные решения с использованием тепловых труб (термосифонов) в солнечных энергетических системах. Солнечная энергия – один из перспективных источников энергии, шаг к уменьшению зависимости от других энергетических ресурсов. Сегодня уже существует промышленное производство солнечных коллекторов на основе термосифонов (тепловых труб). Использование термосифонов (тепловых труб) упрощает сборку конструкции, обеспечивает ее высокую модульность, ремонтопригодность и надежность. В процессе исследований авторами разработана и обоснована конструкция солнечного коллектора на основе термосифонов, закрепленных на панелях, поглощающих солнечные лучи. Для анализа эффективности работы солнечного коллектора на основе медных двухфазных термосифонов были изготовлены два макета – с плоской и цилиндрической поглощающими панелями. Площади поглощающих поверхностей одинаковые. Обе модели исследованы методом теплофизического эксперимента. Получены результаты эффективности предлагаемых конструкций солнечных коллекторов. Коэффициент полезного действия солнечного коллектора на основе медного двухфазного термосифона, закрепленного на цилиндрической поглощающей панели, на 2–5 % больше, чем на основе такого же термосифона, закрепленного на плоской поглощающей панели. Максимальное значение КПД, полученное при низких начальных температурах воды, для солнечных коллекторов с цилиндрической и плоской поглощающими поверхностями – 60 %.

Thermosyphons and heat pipes offer great opportunities for creating pas sive heat and mass transfer systems. Various design solutions using heat pipes (thermosyphons) in solar energy systems are known. Solar energy is one of the promising energy sources, a step towards reducing dependence on other energy resources. To date, there is already an industrial production of solar collectors based on thermosyphons (heat pipes). In solar collectors, the use of thermosyphons (heat pipes) makes it possible to simplify the assembly of the structure, ensures its high modularity, maintainability and reliability. In the course of research, the authors have developed and justified the design of a solar collector based on thermosyphons fixed on panels that absorb solar rays. In order to analyze the efficiency of the solar collector based on two-phase copper thermosyphons, two models of solar collectors were created, viz. the one with a flat absorbing panel and the one with a cylindrical absorbing panel. The areas of the absorbing surfaces were the same. Both models were studied by the method of thermophysycal experiment. The results of studies of the effectiveness of the above-mentioned solar collectors have been obtained. The efficiency of the solar collector based on a copper two-phase thermosyphon, which is fixed on a cylindrical absorbing panel is 2–5 % more than the efficiency of the solar collector based on a copper two-phase thermosyphon, which is fixed on a flat absorbing panel. The maximum efficiency value obtained at low initial water temperatures for solar collectors with a cylindrical and flat absorbing surface was 60 %.

солнечный коллектормедный двухфазный термосифонцилиндрическая и плоская поглощающие панелиsolar collectorcopper two-phase thermosyphoncylindrical and flat absorptive panelsReferences. Bezrodny, M. K. Transfer Processes in Two-Phase Thermosyphone Systems. Theory and Practice / M. K. Bezrodny, I. L. Pioro, T. O. Kostyuk // Augmented and Revised Edition. Kiev: Fact, 2005. 704 p.Bezrodny M. K., Pioro I. L., Kostyuk T. O. (2005) Transfer Processes in Two-Phase Thermosyphone Systems. Theory and Practice. Kiev, Fact Publ. 704 (in Russian).Peterson, G. P. An Introduction to Heat Pipes: Modelling, Testing and Application / G. P. Peterson. Wiley, 1994. 356 p.Peterson G. P. (1994) An Introduction to Heat Pipes: Modelling, Testing and Application. Wiley. 356.Heat Transfer Device: US Patent No 2350348 / R. S. Gaugler; publ. 1944.Gaugler R. S. (1944) Heat Transfer Device. US Patent No 2350348.Evaporation – Condensation Heat Transfer Devise: US Patent No 3229759 / R. S. Gaugler; publ. 1966.Gaugler R. S. (1966) Evaporation – Condensation Heat Transfer Devise. US Patent No 3229759.Мехдизадех, М. А. Эколого-экономическая эффективность традиционных и альтернативных способов получения электрической энергии с учетом особенностей Исламской Республики Иран / М. А. Мехдизадех, А. С. Калиниченко, С. А. Лаптёнок // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 1. С. 60–69. DOI: 10.21122/1029-7448-2018-61-1-60-69.Mehdizadeh M. A., Kalinichenko A. S., Laptyonok S. A. (2018) Ecological and Economic Efficiency of Traditional and Alternative Methods of Electrical Energy Production with the Features of the Islamic Republic of Iran. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 61 (1), 60–69. https://doi.org/10.21122/ 1029-7448-2018-61-1-60-69 (in Russian).Dunn, P. D. Heat Pipes / P. D. Dunn, D. A. Reay. Third Edition. Elsevier Ltd., 1982. 308 p.Dunn P. D., Reay D. A. (1982) Heat Pipes. Third Edition. Elsevier Ltd. 308.Reay, D. A. Heat Pipes / D. A. Reay, P. A. Kew. Fifth Edition. Elsevier Ltd., 2006. 374 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-6754-8.X5000-3.Reay D. A., Kew P. A. (2006) Heat Pipes. Fifth Edition. Elsevier Ltd. 374. https://doi.org/10.1016/B978-0-7506-6754-8.X5000-3.Pis’mennyi, E. Heat Transfer in The Evaporation Zone оf Aluminum Grooved Heat Pipes / E. Pis’mennyi, S. Khayrnasov, B. Rassamakin // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2018. Vol. 127. Р. 80–88. http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.07.154.Pis’mennyi E., Khayrnasov S., Rassamakin B. (2018) Heat Transfer in the Evaporation Zone of Aluminum Grooved Heat Pipes. International Journal of Heat and Mass Transfer, 127, 80–88. http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.07.154.Research on Two-Phase Heat Removal Devices for Power Electronics / Yu. Nikolaenko [et al.] // Thermal Science and Engineering Progress. 2018. No 8. P. 418–425. http://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.09.012.Nikolaenko Yu., Alekseik E., Kozak D., Nikolaienko T. (2018) Research on Two-Phase Heat Removal Devices for Power Electronics. Thermal Science and Engineering Progress, 8, 418–425. http://doi.org/10.1016/j.tsep.2018.09.012.Application of Heat Pipes in Energy Conservation and Renewable Energy-Based Systems / Randeep Singh [et al.] // Frontiers in Heat Pipes. 2011. Vol. 2, No 3. P. 1–13. http://dx.doi.org/10.5098/fhp.v2.3.3003.Singh Randeep, Mochizuki Masataka, Nguyen Thang, Akbarzadeh Aliakbar (2011) Applications of Heat Pipes in Thermal Management and Energy Conservation. Frontiers in Heat Pipes, 2 (3), 1–13. http://dx.doi.org/10.5098/fhp.v2.3.3003.Bouroussis, C. A. Optimization of Potential and Autonomy of a Photovoltaic System for Street Lighting / C. A. Bouroussis, F. V. Topalis // WSEAS Transactions on Circuits and Systems. 2004. Vol. 3, Nо 5. P. 1392–1397.Bouroussis C. A., Topalis F. V. (2004) Optimization of Potential and Autonomy of a Photovoltaic System for Street Lighting. WSEAS Transactions on Circuits and Systems, 3 (5), 1392–1397.Марончук, И. И. Солнечные элементы: современное состояние и перспективы развития / И. И. Марончук, Д. Д. Саникович, В. И. Мирончук // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 2. С. 105–123. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123.Maronchuk I. I., Sanikovich D. D., Mironchuk V. I. (2019) Solar Cells: Current State and Development Prospects. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (2), 105–123. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123 (in Russian).Васильев, Л. Л. Тепловые трубы в системах с возобновляемыми источниками энергии / Л. Л. Васильев, Л. П. Гракович, Д. К. Хрусталев. Минск: Наука и техника, 1988. C. 7–35.Vasiliev L. L., Grakovich L. P., Khrustalev D. K. (1988) Heat Pipes in the Systems with Renewable Energy Sources. Minsk, Nauka i Tekhnika Publ., 7–35 (in Russian).Walker, A. Evacuated-Tube Heat-Pipe Solar Collectors Applied to the Recirculation Loop in a Federal Building / A. Walker, F. Mahjouri, R. Stieler // ASME 2004 International Solar Energy Conference, July 11–14, 2004. Portland, Oregon, USA, 2004. P. 217–222. https://doi.org/10.1115/ISEC2004-65132.Walker A., Mahjouri F., Stieler R. (2004) Evacuated-Tube Heat-Pipe Solar Collectors Applied to the Recirculation Loop in a Federal Building. ASME 2004 International Solar Energy Conference, July 11–14, 2004. Portland, Oregon, USA, 217–222. https://doi.org/10.1115/ISEC2004-65132.Разработка и исследование тепловых труб нового профиля для солнечных коллекторов с использованием селективного покрытия поглощающей поверхности: отчет по НИР, КПИ имени Игоря Сикорского, 2434-п; № госрег. темы 0111U000567 / Б. Рассамакин, С. Хайрнасов, В. Зарипов, А. Баранник. Киев, 2012.Rassamakin B., Khairnasov S., Zaripov V., Barannik A. (2012) Development and Research of Heat Pipes of a New Profile for Solar Collectors Using Selective Coating of an Absorbing Surface. SRW Repor. Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, 2434-p; the State Registration Number 0111U000567, Kyiv (in Russian).Мариненко, В. И. Солнечные коллекторы на основе медных и алюминиевых двухфазных термосифонов / В. И. Мариненко, Ю. В. Островский, В. С. Кулинич // Возобновляемая энергетика и энергоэффективность в XXI веке: материалы XІХ Междунар. науч.-практ. конф. Киев, 2018. С. 335–341.Marynenko V., Ostrovsky Yu., Kulinich V. (2018) Solar Collectors Based on Copper and Aluminum Two-Phase Thermosiphons. Vozobnovlyaemaya Energetika i Energoeffektivnost' v XXI veke: Materialy XІX Mezhdunar. Nauch.-Prakt. Konf. [Renewable Energy and Energy Efficiency in the XXI Century: Materials of the XIX International Scientific and Practical Conference]. Kyiv, 335–341 (in Russian).Элемент солнечного коллектора: пат. 124267 Украины, МПК F24D 12/00 (2018.01) / В. И. Мариненко, Ю. В. Островский, В. С. Кулинич; опубл. 26.03.2018.Marynenko V., Ostrovsky Yu., Kulinich V. (2018) Element of a Solar Collector. Ukraine Patent No 124247 (in Ukrainian).Солнечный подогреватель воды: пат. 123808 Украины, МПК F24C 15/00 (2018.01) / В. И. Мариненко; опубл.12.03.2018.Marynenko V. (2018) Solar Water Heater. Ukraine Patent No 123808 (in Ukrainian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.