ГЕЛИОВЕТРОВОЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 2002 года по МПК F24J2/42 F03D9/00 

Изобретение относится к гелио- и ветроэнергетике, а именно к энергетическим установкам, использующим для своей работы наряду с энергией ветра тепловое солнечное излучение, и предназначено для нагрева воды для бытовых нужд.

Известна ветроустановка для нагрева воды, содержащая ветроколесо с горизонтальным валом, бак теплогенератора с входным и выходным трубопроводами и размещенную в баке крыльчатку, вал которой связан с валом ветроколеса (см. SU, 1188366 А, 30.10.1985, кл. F 03 D 9/00).

Недостатком ветроустановки является низкая эффективность за счет того, что в ней не предусмотрено использование солнечной энергии для нагрева воды, например, в периоды отсутствия ветра.

Известна водонагревательная гелиоустановка, содержащая коллектор солнечной энергии, прямой и обратный трубопроводы холодной и горячей воды, наружный бак и перепускной канал с регулирующим устройством (см. SU, 922449 А, 23.04.1982, кл. F 24 J 3/02).

К недостаткам установки относятся низкий тепловой КПД и нерациональный график его потребления.

Известна гелиоустановка горячего водоснабжения, содержащая солнечный коллектор, бак-аккумулятор, прямой трубопровод, обратный трубопровод, поплавок, патрубок слива горячей воды и регулятор расхода (см. RU, 2006757 С1, 30.01.1994, кл. F 24 J 2/42).

К недостаткам установки относятся использование большого числа трубопроводов, сложность обслуживания, большие теплопотери.

Известен гелиоветровой водонагреватель, содержащий ветродвигатель и теплогенератор с баком, имеющим подводящий и отводящий трубопроводы холодной и горячей воды (см. SU, 1044903 А, 30.09.1983, кл. F 03 D 9/00, F 24 J 2/42), по совокупности существенных признаков принятый за ближайший аналог изобретения (прототип).

К недостаткам водонагревателя относятся низкий коэффициент использования энергии ветра у ветродвигателя и недостаточная надежность.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности работы водонагревателя за счет использования для нагрева воды как солнечной, так и ветровой энергии, обеспечивается за счет того, что в гелиоветровом водонагревателе, содержащем ветродвигатель и теплогенератор с баком, имеющим подводящий и отводящий трубопроводы холодной и горячей воды, согласно изобретению ветродвигатель выполнен карусельным, а его вал соединен с баком теплогенератора и установлен в центре станины, соединенной через стойки с круглым основанием, через центр которого проходит вал в бак теплогенератора, установленного на основании под конусными концентрично расположенными поверхностями, в днищах которых установлены указанные трубопроводы подачи холодной воды в межповерхностное пространство и в бак теплогенератора, причем основание имеет кольцевую проточку, связанную через отводящий трубопровод с баком горячей воды, а на участках вала, проходящих через основание станины, вмонтированы пьезоэлектрические генераторы, электрически связанные со змеевиковыми электрическими нагревателями, установленными на подводящем и отводящем трубопроводах бака теплогенератора, при этом на фланце, прикрепленном под пьезоэлектрическим генератором, установлены штыри, вставленные в отверстия роликов, выполненных в их нижних частях, а сверху ролики имеют оси, закрепленные в сменных втулках для создания натяга с пьезоэлементами.

На фиг.1 изображен гелиоветровой водонагреватель (общий вид), на фиг.2 - пьезоэлектрический генератор.

Гелиоветровой водонагреватель содержит карусельный ветродвигатель 1, теплогенератор 2 с баком (не показан) и лопатками 3, имеющим подводящий и отводящий трубопроводы 4, 5 холодной и горячей воды, вал 6 ветродвигателя 1 соединен с баком теплогенератора 2 и установлен в центре станины 7, соединенной через стойки 8 с круглым основанием 9, через центр которого проходит вал 6 в бак теплогенератора 2, установленного на основании 9 под конусными концентрично расположенными поверхностями 10, 11, в днищах 12 и 13 которых установлены указанные трубопроводы 4 подачи холодной воды c электромагнитным вентилем 14 в межповерхностное пространство 15 и в бак теплогенератора 2, причем основание 9 имеет кольцевую проточку 16, связанную через отводящий трубопровод 5 с баком горячей воды (не показан), при этом поверхность 11 выполнена из прозрачного материала, например стекла, а поверхность 10 - металлической, изготовленной из черного кровельного железа.

К поверхности 10, снаружи, прикреплены пустотелые, полукруглого сечения, кольцевые гофры 17, а к днищу 13 прикреплен козырек 18, бак теплогенератора 2 имеет выходной трубопровод 19, размещенный в змеевиковых электронагревателях 20, электрически связанных с пьезоэлектрическими генераторами 21, вмонтированными на участках вала 6, проходящих через основание станины 7.

Пьезоэлектрический генератор 21 состоит из роликов 22, пьезоэлементов 23 с электродами 24 и 25, соединенными через провода 26, 27 посредством электрической сети с электронагревателями 20. На фланце 28, прикрепленном под пьезоэлектрическим генератором 21, установлены штыри 29, вставленные в отверстия 30 роликов 22, выполненных в их нижних частях, в крышке 31 имеются отверстия 32 для вывода проводов 26 и выхода осей 33, прикрепленных к центру роликов 22, установленных в сменных втулках 34 для создания натяга с пьезоэлементами 23.

В опорном подшипнике (не показан) станины 7 также установлен пьезоэлектрический генератор 35, электрически связанный со змеевиковым электронагревателем 36, установленным на трубопроводе 4.

На вал 2, между роликами 22 (фиг.2), может быть установлена втулка для исключения истирания вала при его вращении. Бак горячей воды имеет свой электронагреватель, подключенный к городской электросети, догревающей воду в нем до температуры 50^oС.

Карусельный ветродвигатель 1 состоит из 4-х рам 37, в которых на горизонтальных осях 38 подвижно установлены пластины 39. Водонагреватель можно устанавливать на крыше коттеджей и зданий любой этажности.

Гелиоветровой водонагреватель работает следующим образом. В летний период, при наличии солнца, фотодатчик (не показан) дает сигнал на открытие электромагнитного вентиля 14.

При открытом клапане 14 вода вытекает на днище 12 и по поверхности 10 тонкой пленкой стекает вниз и собирается, уже частично нагретой, в кольцевой проточке 16. Нагрев водяной пленки осуществляется солнечными лучами на поверхности 10, в той ее части, где они непосредственно воздействуют. Козырек 18 сдерживает поток воды, направляя его на солнечную часть поверхности 10. Гофры 17 снижают скорость движения воды и увеличивают нагревательную поверхность в целом. При наличии ветра карусельный ветродвигатель 1 вращает лопатки 3 в баке теплогенератора 2, которые частично нагревают холодную воду, поступившую в него по трубопроводу 4 и вытекающую по трубопроводу 19 в пространство 15 кольцевой проточки 16. Пьезоэлектрические генераторы 21 и 35, электрический ток от которых поступает на змеевиковые электронагреватели 20 и 36, частично подогревают воду, входящую и выходящую из бака теплогенератора 2. Смешиваясь в кольцевой проточке 16, вода от нагрева солнечными лучами, теплогенератором 2 и электронагревателями 20 и 36 по отводящему трубопроводу 5 поступает в бак горячей воды. Если температура воды в баке будет ниже 50^oС, то автоматически включаются электрические водонагреватели, установленные в нем. Если температура воды в баке станет выше 50^oС, то электронагреватели в нем отключатся. Если температура в баке не снижается, а будет продолжать расти, то вручную закрывают вентиль 14 и, если не поможет, отключают поочередно электронагреватели 20 и 36. На зимний период вентиль 14 закрывают, вода для нагрева будет поступать только по трубопроводу 4. Нагрев воды будет осуществляться теплом от электронагревателей 20 и 36, теплогенератора 2 и догреваться в баке горячей воды электронагревателями, подключенными к городской электросети.

Пустотелые кольцевые гофры 17 будут препятствовать утечке тепла из-под конусной поверхности 10 в пространство 15, в котором находится неподвижный воздух, сдерживающий поток тепла от гелиоветрового водонагревателя в целом.

В любой период года, при отсутствии ветра и пасмурной погоды, вода в бак будет поступать не нагретой, а потому включаются в нем стационарные электронагреватели.

Предлагаемый водонагреватель в летний период может обеспечить нагрев воды на нужды горячего водоснабжения жилого здания от 80 до 100% от потребного. В зимний период также нагрев воды будет осуществляться, но с меньшей интенсивностью.

Изобретение относится к гелио- и ветроэнергетике, а именно к энергетическим установкам, использующим для своей работы наряду с энергией ветра тепловое солнечное излучение, и предназначено для нагрева воды для бытовых нужд. Технический результат, заключающийся в повышении надежности работы водонагревателя за счет использования для нагрева воды как солнечной, так и ветровой энергии, обеспечивается за счет того, что в гелиоветровом водонагревателе, содержащем ветродвигатель и теплогенератор с баком, имеющим подводящий и отводящий трубопроводы холодной и горячей воды, согласно изобретению ветродвигатель выполнен карусельным, а его вал соединен с баком теплогенератора и установлен в центре станины, соединенной через стойки с круглым основанием, через центр которого проходит вал в бак теплогенератора, установленного на основании под конусными концентрично расположенными поверхностями, в днищах которых установлены указанные трубопроводы подачи холодной воды в межповерхностное пространство и в бак теплогенератора, причем основание имеет кольцевую проточку, связанную через отводящий трубопровод с баком горячей воды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Гелиоветровой водонагреватель, содержащий ветродвигатель и теплогенератор с баком, имеющим подводящий и отводящий трубопроводы холодной и горячей воды, отличающийся тем, что ветродвигатель выполнен карусельным, а его вал соединен с баком теплогенератора и установлен в центре станины, соединенной через стойки с круглым основанием, через центр которого проходит вал в бак теплогенератора, установленного на основании под конусными концентрично расположенными поверхностями, в днищах которых установлены указанные трубопроводы подачи холодной воды в межповерхностное пространство и в бак теплогенератора, причем основание имеет кольцевую проточку, связанную через отводящий трубопровод с баком горячей воды. 2. Гелиоветровой водонагреватель по п. 1, отличающийся тем, что на участках вала, проходящих через основание станины, вмонтированы пьезоэлектрические генераторы, электрически связанные со змеевиковыми электрическими нагревателями, установленными на подводящем и отводящем трубопроводах бака теплогенератора. 3. Гелиоветровой водонагреватель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что на фланце, прикрепленном под пьезоэлектрическим генератором, установлены штыри, вставленные в отверстия роликов, выполненных в их нижних частях, а сверху ролики имеют оси, закрепленные в сменных втулках для создания натяга с пьезоэлементами.