ГЕЛИОСИСТЕМА Российский патент 2007 года по МПК F24J2/32 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения.

Известна тепловая труба, содержащая корпус с зонами испарения, транспорта и конденсации и световвод, в котором дополнительно установлены световой трансмиттер, выполненный в виде оптико-волокнистого жгута из нитевидных элементов, и коллектор в виде трубок из светопоглощающего материала, заполненных нитевидными элементами [1].

Недостаток известной тепловой трубы - неудовлетворительные эксплуатационные характеристики, низкая технико-экономическая эффективность.

Известна гелиосистема горячего водоснабжения [2], содержащая солнечный водонагреватель с подающим и обратным трубопроводами, подсоединенный к баку-аккумулятору с входным и выходными трубопроводами, регулирующие клапаны, установленные соответственно во входном и подающем трубопроводах, и регулятор расхода, выполненный в виде установленной в баке-аккумуляторе тепловой трубы с перегородкой, образующей с корпусом тепловой трубы щель для перехода паров рабочего вещества и ограничивающей конденсационный участок, сообщенный с испарительным участком посредством переливной трубы. Тепловая труба установлена с возможностью поворота вокруг горизонтальной поперечной оси. Конденсационный и испарительный участки связаны соответственно с клапанами входного и подающего трубопроводов. Конденсационный и испарительный участки тепловой трубы (ТТ) имеют вертикальные сквозные каналы для прохода воды.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, вращающийся механизм тепловой трубы в баке-аккумуляторе, связь с регулирующими клапанами и использование тепловой трубы в баке-аккумуляторе лишь для регулирования расхода теплоносителя.

Наиболее близкой по технической сущности является гелиосистема [3] солнечного теплоснабжения, которая включает коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, и подключенный к последней оребренный конденсатор. Гелиосистема дополнительно содержит теплообменник и подсоединенный к нему с образованием замкнутого контура бак-аккумулятор, а коллектор снабжен установленной в жидкостной зоне трубкой с выведенным из коллектора нижним концом, подключенным при помощи трехходового вентиля к контуру между теплообменником и баком-аккумулятором, и подающим патрубком, связанным с выходами последних и расположенным в нижней части жидкостной зоны коллектора. Трубка имеет сверху открытый конец. На конденсаторе установлен клапан. Бак-аккумулятор имеет дополнительный теплообменник. Замкнутый контур и коллектор заполнены теплоносителем. Коллектор содержит отражатель солнечного излучения. Паровая зона сообщена с конденсатором патрубком.

Недостатком этого устройства является сложность конструкции, отбор тепла в жидкостной зоне и тепловые потери в паровой зоне в оребренном конденсаторе, низкая поглощающая поверхность солнечного излучения и теплообмена.

Задача изобретения - улучшение теплоснабжения зданий путем разработки эффективного устройства гелиосистемы.

Технический результат - повышение эффективности использования солнечной энергии и стабильности энергоснабжения, снижения тепловых потерь и энергозатрат.

Сущность изобретения заключается в том, что гелиосистема содержит солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем теплообменник потребителя и бак-аккумулятор с образованием замкнутого контура, согласно изобретению гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка- отражатель, которая заполненная теплоизоляционным материалом

На чертеже представлена принципиальная схема гелиосистемы.

Гелиосистема содержит жидкостную емкость 1 с прозрачным ограждением 2, заполненную низкокипящим теплоносителем 3, и паровую емкость 4 с теплоизоляционной крышкой 5 и теплообменником 6. Обе емкости соединены трубой 7 и переливной трубкой 8 для движения пара и сконденсировавшейся жидкости. В жидкостной емкости, которая имеет крышку-отражатель 9, имеется контейнер 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом. Жидкостная и паровая емкости снаружи покрыты теплоизоляционным материалом для снижения тепловых потерь (на схеме показан штриховкой). Теплообменник 6 с подающим 11 и обратным 12 трубопроводами соединен трехходовым вентилем 13 к теплообменникам 14 (батарейкам обогрева помещений) и баку-аккумулятору 15 и образует второй замкнутый контур с таким же теплоносителем, (например, Фреоном-113).

Гелиосистема работает следующим образом.

Солнечное излучение, проходя через прозрачное ограждение 2, разогревает теплоноситель 3 в жидкостной емкости 1 солнечного коллектора. При этом происходит кипение теплоносителя в емкости 1 и трубе 7. Образовавшийся пар движется вверх по трубе и через узкую щель, как показано стрелками, проходит в паровую емкость 4, где теплоноситель конденсируется за счет теплообмена с теплоносителем второго контура в теплообменнике 6, и по переливной трубке 8 возвращается в испарительную жидкостную емкость 1. Крышка-отражатель 9 в открытом состоянии служит экраном для усиления и концентрирования солнечных лучей, а при отсутствии солнечного излучения - для снижения тепловых потерь.

Поскольку в жидкостной зоне имеется контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом 10, например с парафином, он превращает в пар-теплоноситель 3 первого контура при отсутствии солнечного излучения за счет накопленной энергии.

В первом контуре происходит естественная циркуляция теплоносителя, так как использован принцип тепловой трубы, где роль фитиля играет переливная трубка 8. А во втором контуре циркуляция происходит за счет разности давлений горячего и холодного теплоносителя. Теплоносителями обоих контуров могут быть низкокипящие жидкости, например Фреон-113, водоаммиачный раствор и т.д.

Поворотом трехходового вентиля 13 теплоноситель подается к теплообменникам 14 для обогрева помещений или в теплообменник в баке-аккумуляторе 15, как в прототипе.

При отсутствии солнечного излучения (в ночное время и пасмурные дни) передача тепла обогреваемому объекту осуществляется не только от контейнера с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом через теплоноситель первого контура, но и от бака-аккумулятора 15 во втором контуре, при котором трехходовой вентиль 13 устанавливают в положение, при котором отсутствует циркуляция теплоносителя через теплообменник 6.

Преимущества предлагаемой гелиосистемы заключаются в следующем:

- улучшается естественная циркуляция теплоносителя первого контура, использовав принцип тепловой трубы и переливную трубку вместо фитилей;

- обеспечивается достаточно полное поглощение солнечных лучей за счет использования крышки-отражателя;

- увеличивается теплоаккумулирующая способность за счет использования фазопереходного теплоаккумулирующего материала в жидкостной емкости, например парафина В5 с Т_плавл.=46°С и ΔН=209,4 кДж/кг;

- уменьшаются тепловые потери за счет теплоизоляции емкостей первого контура;

- повышается степень использования возобновляемых источников энергии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

1. В.И.Курихин. «Тепловая труба», авторское свидетельство №989297, F28D 15/00, бюл. №2, 1983.

2. Зур.Ш.Дабрундашвили, Н.В.Меладзе, Т.А.Грдзелидзе и др. «Гелиосистема горячего водоснабжения», авторское свидетельство №935681, F24J 3/02, бюл. №22, 1982.

3. Л.Л.Васильев, М.И.Рабецкий, Л.П.Гракович, В.М.Богданов. «Гелиосистема», авторское свидетельство СССР №1347636, F24J 2/04, бюл. №15, 1989.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения. Гелиосистема содержит солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенные трехходовым вентилем теплообменник потребителя и бак-аккумулятор с образованием замкнутого контура, причем гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, - контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом. Преимуществами гелиосистемы являются улучшение естественной циркуляции теплоносителя первого контура за счет использования принципа тепловой трубы, использования переливной трубки вместо фитилей, обеспечение достаточно полного поглощения солнечных лучей за счет использования крышки-отражателя, увеличение теплоаккумулирующей способности за счет использования фазопереходного теплоаккумулирующего материала в жидкостной емкости, например парафина В5 с Т_плавл=46°С и ΔН=209,4 кДж/кг, и уменьшение тепловых потерь за счет теплоизоляции емкостей первого контура. 1 ил.

Гелиосистема, содержащая солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор, отличающаяся тем, что гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом, и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом.