ГЕЛИОУСТАНОВКА Российский патент 2002 года по МПК F24J2/44 F24J2/34 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к средствам для нагрева и расходования горячей и теплой воды за счет солнечной энергии в отдаленных, автономно и периодически действующих производственных участках.

Известна система солнечного теплоснабжения, содержащая бак-аккумулятор и связанный с ним солнечный коллектор, причем бак-аккумулятор включает высоко- и низкотемпературные секции, одна из которых снабжена дополнительным солнечным коллектором, а также дополнительную емкость, трубопроводы и запорно-регулирующие устройства (SU 1548617 А1, МПК⁵ F 24 J 2/34, F 24 J 2/42, 1990 г. ).

Технический недостаток данной системы: ограниченные функциональные возможности, которые характеризуются лишь стабилизацией температуры воды при повышенной сложности системы.

Известна еще одна система солнечного теплоснабжения, содержащая установленные под углом солнечные коллекторы, бак-аккумулятор, распределительный бак, насос, трубопроводы, запорно-регулирующие устройства и другие элементы (SU 1576803 А1, МПК⁵ F 24 J 2/42, 1990 г.).

Технический недостаток и этой системы: ограниченные функциональные возможности (поддержание температуры воды на входе в коллектор на минимальном уровне) при относительной сложности системы и невозможности ее автономного использования.

Техническая задача: расширение функциональных возможностей за счет автономного использования, хранения сырой воды и возможности ее смешивания с теплой водой, перемещения установки и получения, при необходимости, электроэнергии.

Согласно изобретению распределенный бак содержит сырую воду, размещен под баком-аккумулятором и соединен с ним дополнительным трубопроводом с запорными элементами и внешними устройствами для смешивания теплой и сырой воды, при этом бак-аккумулятор и распределительный бак совместно образуют башню, несущую на себе коллекторы и установленную на полозовидные опоры посредством промежуточной конструкции.

Наряду с этим башня выполнена суживающейся кверху; промежуточная конструкция выполнена в виде стержневого конусовидного образования; коллекторы установлены с возможностью изменения угла наклона; установка снабжена устройством для перекачки воды из распределительного бака в бак-аккумулятор; как вариант исполнения установка снабжена ветроэнергетическим устройством, размещенным посредством дополнительной остроконической башни на баке-аккумуляторе, при этом указанное устройство снабжено молниеотводом.

На чертежах, на фиг.1 изображен общий вид гелиоустановки; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - вид Б на фиг.1; на фиг.4 - функциональная гидравлическая схема установки; на фиг.5 - общий вид установки с ветроэнергетическим устройством.

Гелиоустановка (фиг. 1) содержит солнечные коллекторы 1, установленные под углом. Коллекторы смонтированы на уголках 2 и 3 (фиг.1, 3), один из которых закреплен на башне 4. Другой уголок поддерживается винтовым талрепом 5 (фиг. 1, 2), шарнирно соединенным с уголком 3 и с башней, и двумя талрепами 6, концы которых шарнирно соединены с тем же уголком и с промежуточной конструкцией 7. Талрепы 6 имеют наклон друг относительно друга - их верхние шарниры несколько сближены. Башня 4 образована расположенным вверху баком-аккумулятором 8 (фиг.1, 4), продолжением которого является расположенный под ним распределительный бак 9. Башня выполнена суживающейся кверху. В сечении баки 8 и 9 имеют форму многоугольника (фиг.1, 2), возможно их выполнение в виде цилиндра. Поперечные размеры бака 8 меньше размеров бака 9, бак-аккумулятор 8 имеет термоизоляцию и расположенную вверху заправочную горловину 10 (фиг.4). Башня 4 своим распределительным баком 9 опирается на промежуточную конструкцию 7 (фиг.1-3). Последняя содержит полозовидные опоры 11, связанные между собой - по краям перемычками 12 с захватными местами 13 для транспортировки. Бак 9 приподнят над опорами 11 на 0,7-1,0 м и соединен с ним трубами-укосинами 14, которые совместно с опорами выполнены в виде стержневого конусовидного образования. Вдоль башни закреплена лестница-стремянка 15 (фиг. 1, 2). Высота башни от поверхности земли 3,7-4,0 м; ширина многогранников: бака 9 - 0,8...1,0 м, бака 8 - 0,6...0,7 м.

Коллекторы 1 вверху и внизу гидравлически соединены между собой (фиг.4) с возможностью диагональной циркуляции теплоносителя (воды). Верхняя часть коллектора трубопроводом 16 соединена с баком-аккумулятором 8 на расстоянии, составляющем примерно треть его высоты. Нижняя часть коллекторов трубопроводом 17 соединена с вертикальным трубопроводом 18, сообщающимся с донной частью распределительного бака 9, с донной и верхней частями бака-аккумулятора 8. На самом верху этого трубопровода установлен клапан-поплавок 19. Внизу - между подводом трубопровода 17 - вертикальный трубопровод 18 снабжен вентилями 20 и 21. Вход в распределительный бак 9 обвязан вентилем 22 и выходным элементом (краном) 23, между которыми врезан нижний конец вертикального трубопровода 18. Установка снабжена дополнительным трубопроводом 24, соединяющим донную часть распределительного бака 9 с верхней частью бака-аккумулятора 8. В составе этого трубопровода - вентили 25 на выходе из бака 9, насос 26 и обратный клапан 27. Нижняя часть бака 8 и бак 9 на высоте примерно в одну треть (от верхнего среза) соединены между собой еще одним - коротким трубопроводом 28, который содержит вентили 29 и 30 и отвод в виде распылителя 31. Последние три элемента совместно образуют внешнее устройство для смешивания теплой и сырой воды. Вверху - на скосе распределительного бака 9 предусмотрена своя заправочная горловина 32.

В варианте исполнения гелиоустановка снабжена ветроэнергетическим устройством 33 (фиг.5), которое размещено посредствам дополнительной остроконической башни 34 на баке-аккумуляторе 8 основной башни 4. Ось вращения ветродвигателя 35 расположена на высоте 5,7-6,0 м от земли. На башне 34 имеется своя лестница-стремянка 36, являющаяся функциональным продолжением лестницы 15 на основной башне 4. Ветроэнергетическое устройство 33 имеет мощность 2-4 кВт, размах (диаметр) лопастей ≥3 м и снабжено молниеотводом 37.

Гелиоустановка работает следующим образом.

В пределах одного хозяйства, например сельскохозяйственного профиля, гелиоустановку перемещают трактором, на полозовидных опорах 11, закрепляя тяговый орган за захватные места 13 одной из перемычек 12 промежуточной конструкции 7. На месте эксплуатации установку размещают таким образом, чтобы солнечные коллекторы 1 были направлены на юг. Оптимальный для данной географической широты и времени года угол наклона коллекторов, при необходимости, корректируют посредством винтовых талрепов 5 и 6. Бак-аккумулятор 8 (через горловину 10) и распределительный бак 9 (через свою горловину 32) заправляют сырой водой, используя лестницу 15 и предварительно закрыв вентили 21, 22, 25, 29, 30, вентиль 20 остается открытым. При заполнении бака 8 (внешними средствами) заполняются трубчатые элементы коллекторов 1 и трубопроводы 16-18. При необходимости воздух из гидросистемы удаляют с помощью клапана-поплавка 19 и проверяют контрольным сливом воды открытием вентиля 21 и крана 23. При наличии сырой воды в распределительном баке 9 первичную и последующие дозаправки бака-аккумулятора 8 можно осуществить перекачкой воды с помощью насоса 26 после открытия вентиля 25. Поток воды под определенным давлением в трубопроводе 24 преодолеет сопротивление обратного клапана 27, и вода будет поступать в бак 8. Клапан-поплавок 19 может выдать сигнал на отключение насоса 26 после заполнения бака 8 и связанных с ним гидрокоммуникаций; обратный клапан 27 исключит обратные перетечки воды из бака 8. После этого уровень воды в распределительном баке 9, по возможности, следует восстановить.

Под действием солнечных лучей и рассеянного в атмосфере тепла солнечные коллекторы 1 и вода в его трубчатых элементах разогреваются. Это вызывает естественную конвекцию и циркуляцию воды в системе коллекторы 1 - бак-аккумулятор 8. По трубопроводу 16 теплая (подогретая) вода будет подниматься в бак-аккумулятор 8 и сосредотачиваться в его верхней части. Находящиеся в донной части бака 8 менее теплые слои воды будут опускаться по вертикальному трубопроводу 18, перетекать в трубопровод 17 и заполнять снизу трубчатые элементы коллекторов 1. Этот медленный, но непрерывный процесс (по крайней мере в светлое время апреля-октября) будет продолжаться до тех пор, пока температура в баке-аккумуляторе 8 повысится до 60-80^oС, а затем стабилизируется. В темное время суток быстрому остыванию воды будет препятствовать термоизоляция бака 8. Забор теплой воды (при температуре свыше 60^oС - горячей) для хозяйственно-бытовых нужд осуществляется открытием вентиля 21 и крана 23. При необходимости использования только сырой (холодной) воды, при закрытом вентиле 21 открывают вентиль 22 и кран 23. Может появиться необходимость в умеренно теплой воде (30-40^oС). Для этого открывают вентили 21, 22 и кран 23 и одновременно забирают горячую и сырую воду. При соответствующем уровне воды в распределительном баке 9 можно принять душ, используя умеренно теплую воду (температура регулируется). Для этого установку снабжают, например, деревянным настилом (на чертежах не показан), открывают вентили 29 и 30, и вода из бака 8 (по трубопроводу 28) и из бака 9 будет поступать в распылитель 31. С помощью этих вентилей температуру и поток воды регулируют, и человек в полевых условиях осуществляет помывку и принимает душ. Таким образом, в отдаленной местности, например на полевом стане, гелиоустановка не только нагревает воду, но и является резервом для хранения сырой воды в распределительном баке 9, обеспечивает забор горячей (теплой), умеренно теплой и сырой воды, а также несет функции бани-душа. Это сочетается с возможностью перемещения установки.

Если гелиоустановка снабжается ветроэнергетическим устройством 33, то полозовидные опоры 11 целесообразно дополнительно укрепить с помощью анкерных болтов, забетонировав их в земле. Обслуживание устройства, в частности подключение генератора ветродвигателя 35 и заземление молниеотвода 37, производится с использованием лестниц-стремянок 15 и 36. С помощью остроконической башни 34, являющейся продолжением основной башни 4, ветроэнергетическое устройство органически вписывается в общую концепцию гелиоустановки. Вырабатываемую электроэнергию можно использовать по назначению, в том числе и для подогрева воды известными средствами (в холодное время года и в пасмурные дни), что расширяет возможности установки. Комплектация установки устройством 33 эффективна при отсутствии линии электропередач напряжением 220 В в данной "точке". Перед перемещением установки на полозовидных опорах 11 ветроэнергетическое устройство желательно демонтировать. Монтаж и демонтаж устройства 33 осуществляется с помощью крана и заключается в закреплении болтами (или раскреплении) остроконической башни 34 на башне 4. Для этого обе башни снабжены соответствующими фланцами (фиг.5). Более предпочтительным может оказаться вариант, когда монтируется - демонтируется в полевых условиях собственно устройство 33 (без башни 34, которая остается постоянно закрепленной). Для этого на верхнем конце башни 34 и на корпусе ветродвигателя 35 предусмотрены две пары фланцев. При ограниченном перемещении установки устройство 33 не демонтируется.

В итоге предлагаемая гелиоустановка становится комбинированным, автономным и передвижным агрегатом, использующим бесплатные энергоносители - солнце и ветер. Ее применение эффективно, прежде всего, в небольших лагерях, стоянках техники, полевых станах, выездных фермах и прочих производственных "точках", функционирующих в весенне-летне-осенний период.

Установка содержит солнечные коллекторы 1, бак-аккумулятор 8, распределительный бак 9, насос 26, трубопроводы и запорно-регулирующие устройства. Распределительный бак 9 содержит сырую воду, размещен под баком-аккумулятором 8 и соединен с ним дополнительными трубопроводами с запорными элементами и устройствами для смешивания теплой и сырой воды. Оба бака 8, 9 совместно образуют башню, несущую на себе коллекторы 1 и установленную на полозовидные опоры 11 посредством промежуточной конструкции. В варианте исполнения установка снабжается ветроэнергетическим устройством, размещенным посредством остроконической башни. Установка должна обеспечить расширение функциональных возможностей. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Гелиоустановка, содержащая установленные под углом солнечные коллекторы, бак-аккумулятор, распределительный бак, насос, трубопроводы и запорно-регулирующие устройства, отличающаяся тем, что распределительный бак содержит сырую воду, размещен под баком-аккумулятором и соединен с ним дополнительными трубопроводами с запорными элементами и внешними устройствами для смешивания теплой и сырой воды, при этом бак-аккумулятор и распределительный бак совместно образуют башню, несущую на себе коллекторы и установленную на полозовидные опоры посредством промежуточной конструкции. 2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что башня выполнена суживающейся кверху. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что промежуточная конструкция выполнена в виде стержневого конусовидного образования. 4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что коллекторы установленны с возможностью изменения угла наклона. 5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена устройством для перекачки воды из распределительного бака в бак-аккумулятор. 6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена ветроэнергетическим устройством, размещенным посредством дополнительной остроконечной башни на баке-аккумуляторе. 7. Установка по пп. 1 и 6, отличающаяся тем, что ветроэнергетическое устройство снабжено молниеотводом.