ДВУХКОНТУРНАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК F24J2/34 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к двухконтурным системам солнечного горячего водоснабжения.

Известна гелиоустановка, содержащая сферической формы приемник концентрированного излучения, концентрично ему расположенный прозрачный теплоизолирующий кожух и охватывающую их прозрачную оболочку, состоящую из блоков правильной шестиугольной формы, при этом кожух и прозрачная оболочка образуют емкость, заполненную теплоносителем и подключенную в контур холодного теплоносителя, связывающий приемник с потребителем тепла [1].

К недостаткам указанного аналога следует отнести то, что на часть сферы гелиоустановки в течение года не поступает прямая солнечная радиация, поэтому она используется неэффективно.

Известна двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения, принятая в качестве прототипа, состоящая из бака-аккумулятора с термоизоляцией, с патрубками холодной и горячей воды, жидкостных солнечных коллекторов, каждый с прозрачной изоляцией и поглощающей панелью, с подводящим нижним и отводящим верхним патрубками для теплоносителя [2].

К недостаткам указанного прототипа следует отнести неэффективное использование солнечной энергии, т.к. интенсивность потока поглощенной гелиоколлектором солнечной энергии зависит от пространственного положения гелиоколлектора и достигает максимума только тогда, когда солнечные лучи перпендикулярны плоскости коллектора.

Техническим результатом изобретения является создание системы солнечного горячего водоснабжения, позволяющей повысить эффективность использования солнечной энергии.

Технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения состоит из бака-аккумулятора с термоизоляцией, с патрубками холодной и горячей воды, жидкостных солнечных коллекторов, каждый с прозрачной изоляцией и поглощающей панелью, с подводящим нижним и отводящим верхним патрубками для теплоносителя, притом аккумулятор выполнен в виде шара, на сферической поверхности которого уложена термоизоляция, на которой установлены указанные солнечные коллекторы, выполненные в виде сегментов сферы, причем подводящие патрубки солнечных коллекторов снабжены насосами с электродвигателями и соединены с нижней частью бака-аккумулятора, а отводящие патрубки соединены с верхней частью бака-аккумулятора, при этом система солнечного горячего водоснабжения дополнительно содержит солнечные фотоэлектрические батареи с образованием отдельных сегментов поверхности второй сферы, выходы которых соединены с питанием электродвигателей приводов насосов.

На фиг.1 приведена принципиальная схема двухконтурной системы солнечного горячего водоснабжения.

На фиг.2 представлен разрез системы солнечного горячего водоснабжения.

На фиг.3 показаны солнечные коллекторы в виде сегментов сферы.

На фиг.4 показаны солнечные фотоэлектрические батареи с образованием отдельных сегментов сферы.

Двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения состоит из бака-аккумулятора 1, с патрубками холодной 2 и горячей 3 воды, жидкостных солнечных коллекторов 4, каждый с прозрачной изоляцией 5 и поглощающей панелью 6, с подводящим нижним 7 и отводящим верхним 8 патрубками для теплоносителя. Бак-аккумулятор 1 выполнен в виде шара 9, на сферической поверхности 10 которого уложена термоизоляция 11, на которой установлены указанные солнечные коллекторы 4, выполненные в виде сегментов сферы 12. Причем подводящие патрубки солнечных коллекторов 7 снабжены насосами 13 с электродвигателями 14 и соединены с нижней частью бака-аккумулятора, а отводящие патрубки 8 соединены с верхней частью бака-аккумулятора 1. Система солнечного горячего водоснабжения дополнительно содержит солнечные фотоэлектрические батареи 15, которые также образуют отдельные сегменты 16 поверхности второй сферы 17. Выходы фотоэлектрических солнечных батарей 15 соединены с питанием электродвигателей 14 приводов насосов 13. Двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения может быть устроена так, что солнечные коллекторы 4 покрывают только часть сферической поверхности 10, освещаемой Солнцем в течение года на географической широте установки солнечных коллекторов. Нижние 7 и верхние 8 патрубки солнечных коллекторов 4 соединены в полости бака-аккумулятора 1 с теплообменником 18, образуя замкнутый контур 19.

Система работает следующим образом.

На поверхность отдельных солнечных коллекторов 4, выполненных в виде сегментов сферы 12, как и на поверхность отдельных сегментов фотоэлектрических батарей 15 солнечная радиация поступает неравномерно, в зависимости от положения солнца над горизонтом. Предположим, что солнце над горизонтом расположено так, что левый солнечный коллектор 4 (как показано на фиг.1) освещается солнцем полностью, средний коллектор 4 освещен частично, а правый коллектор 4 находится в тени. Аналогично будут освещены солнечные фотоэлектрические батареи 15.

Под действием солнечной прямой и рассеянной радиации, поступающей сквозь прозрачную изоляцию 5 на поверхность поглощающей панели 6, происходит нагрев поглощающей панели 6 и нагрев жидкости (например, воды или антифриза) в левом солнечном коллекторе 4. Аналогично под действием солнечной радиации левый сегмент 16 фотоэлектрических батарей 15 вырабатывает постоянный ток, который подается на электродвигатель 14 (например, двигатель постоянного тока независимого возбуждения), который вращает насос 13. Жидкость циркулирует по замкнутому контуру 19 через левый коллектор 4, отдавая через теплообменник 18 тепловую энергию жидкости, помещенной в баке-аккумуляторе 1. Необходимость использования в принципиальной схеме двухконтурной системы солнечного горячего водоснабжения насосов 13 связано с тем, что бак-аккумулятор 1 расположен по отношению к солнечным коллекторам 4 так, что естественная циркуляция в контуре не возникает. Поскольку на средний солнечный коллектор 4 поступает меньше солнечной радиации, чем на левый, требуется меньшая скорость циркуляции жидкости в контуре 19, чтобы температура теплоносителя из среднего коллектора 4 была равна температуре теплоносителя из левого коллектора 4, что достигается меньшей величиной выходного напряжения среднего сегмента 16 фотоэлектрических батарей 15.

Если интенсивность рассеянной солнечной радиации, поступающей на правый сегмент 16 фотоэлектрических батарей 15, не достаточна для выработки напряжения (прямой радиации нет, т.к. правый сегмент 16 находится в тени), необходимого для вращения двигателя 14 насоса 13 правого коллектора 4, то нет и циркуляции жидкости в контуре 19 через правый коллектор 4.

Таким образом, скорость циркуляции жидкости в контуре 19 по каждому солнечному коллектору 4 пропорциональна интенсивности солнечной радиации, а температура на выходе из отдельных коллекторов примерно одинакова, тем самым обеспечивается наивысший потенциал температуры в контуре 19 и теплообменник 18 нагревает воду в баке-аккумуляторе 1 на большую температуру. По мере расхода горячей воды из бака-аккумулятора 1 через патрубок 3 она восполняется холодной из патрубка 2.

Выполнение солнечных коллекторов 4 в виде сегментов сферы повышает эффективность использования солнечной энергии, т.к. солнечные лучи всегда перпендикулярны поверхности сферы и фокусируются за счет сферической прозрачной изоляции 5 на поверхности поглощающей панели 6.

Предлагаемая двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения может быть технически реализована, например, в системах горячего водоснабжения коттеджей.

Источники информации

1. А.с. 1268899 СССР, МКИ⁴ F24J 2/08. Гелиоустновка. / В.Б.Аванесов, Д.К.Агаев, Р.С.Самедов. (СССР). Опубл. 07.11.1986 г., бюл. №41. - 4 с.

2. Системы солнечного тепло- и хладоснабжения. / P.P.Авезов, М.А.Барский-Зорин, И.М.Васильева и др.; Под редакцией Э.В.Сарнацкого, С.А.Чистовича. - М.: Стройиздат, 1990. - 328 с. (С.23, рис.1.3) (прототип).

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к двухконтурным системам солнечного горячего водоснабжения. Бак-аккумулятор выполнен в виде шара, на сферической поверхности которого уложена термоизоляция, на которой установлены солнечные коллекторы, выполненные в виде сегментов сферы, причем подводящие патрубки солнечных коллекторов снабжены насосами с электродвигателями и соединены с нижней частью бака-аккумулятора, а отводящие патрубки соединены с верхней частью бака-аккумулятора, при этом система солнечного горячего водоснабжения дополнительно содержит солнечные фотоэлектрические батареи с образованием отдельных сегментов поверхности второй сферы, выходы которых соединены с питанием электродвигателей приводов насосов. Солнечные коллекторы выполнены с образованием части сферической поверхности, освещаемой Солнцем в течение года на географической широте установки солнечного коллектора, а его нижние и верхние патрубки соединены в полости бака-аккумулятора с теплообменником, образуя замкнутый контур. Изобретение должно обеспечить создание системы солнечного горячего водоснабжения, позволяющей повысить эффективность использования солнечной энергии. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения, состоящая из бака-аккумулятора с термоизоляцией, с патрубками холодной и горячей воды, жидкостных солнечных коллекторов, каждый с прозрачной изоляцией и поглощающей панелью, с подводящим нижним и отводящим верхним патрубками для теплоносителя, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор выполнен в виде шара, на сферической поверхности которого уложена термоизоляция, на которой установлены указанные солнечные коллекторы, выполненные в виде сегментов сферы, причем подводящие патрубки солнечных коллекторов снабжены насосами с электродвигателями и соединены с нижней частью бака-аккумулятора, а отводящие патрубки соединены с верхней частью бака-аккумулятора, при этом система солнечного горячего водоснабжения дополнительно содержит солнечные фотоэлектрические батареи с образованием отдельных сегментов поверхности второй сферы, выходы которых соединены с питанием электродвигателей приводов насосов.2. Двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы выполнены с образованием части сферической поверхности, освещаемой Солнцем в течение года на географической широте установки солнечных коллекторов.3. Двухконтурная система солнечного горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что нижние и верхние патрубки солнечных коллекторов соединены в полости бака-аккумулятора с теплообменником, образуя замкнутый контур.