УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ И АККУМУЛИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ТЕПЛОТЫ Советский патент 1929 года по МПК F24J3/02 

Цель изобретения - поглощение и аккумулирование солнечной теплоты путем совокупного применения расположенных на крыше здания поглотителей теплоты, расположенных вокруг здания поглотителей для подогрева слабого раствора жидкости с повышенной точкой кипения, расположенного внутри здания аккумулятора солнечной теплоты, состоящего из резервуара, наполненного поглотителем теплоты и там же расположенных эвапоратора и подогревателя.

На фиг. 1 схематически показано общее расположение предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - то же, поперечный разрез и вид сверху; на фиг. 4 - поперечный разрез поглотителя для подогрева слабого раствора жидкости с повышенной точкой кипения; на фиг. 5-7 - продольный и два поперечных разреза отдельной водонагревательной камеры поглотителя тепла; на фиг. 8-10 - продольный и два поперечных разреза отдельной парообразующей камеры поглотителя для подогрева раствора жидкости с повышенной температурой кипения и на фиг. 11-13 - продольный и два поперечный разреза вакуумной камеры.

Устройства для поглощения солнечной тепловой энергии содержит устройство, поглощающее солнечную тепловую энергию для подогрева воды, устройство, поглощающее солнечную тепловую энергию для кипячения раствора серной кислоты, пары которой переносят поглощение тепло внутрь центрального здания к акккумулирующей массе и потребляющим тепло механизмам.

Первое устройство, поглощающее солнечную энергию для подогрева воды, расположено на крыше центрального здания и состоит из рамочных квадратных ящиков 1, расположенных уступами к центру, благодаря чему вода из наружных ящиков, переливаясь, стекает к внутренним и в центре по водоотводу попадает в бак 2 для подогретой воды, помещенный под крышей здания. Каждый рамочный ящик 1 состоит из верхней рамы 3 (см. фиг. 2 и 3) со слоем стеклянных вакуумных камер (см. фиг. 11-13), расположенных на резиновой проклейке вплотную друг возле друга. Ниже верхней рамы 3 после незначительного воздушного зазора находится вторая рама 4 (фиг. 2) со слоем стеклянных же (из темного стекла) или металлических водонагревательных камер. Эта камеры по своим размерам в два раза больше первых, но также плоски и имеют ввод и вывод в виде стеклянных сосков 5 и 6 (см. фиг. 6), на которые надеваются соединительные резиновые каучуковые трубки, а также спусковой сосок, расположенный у самого дна камеры и предназначенный для спуска воды из камер в том случае, если вода ночью может замерзнуть. Ниже второй рамы после второго воздушного зазора (см. фиг. 2) расположена третья рама 7 со слоем таких же, как и наверху, вакуумных стеклянных камер, причем одна сторона этих нижних стеклянных камер посеребрена для уменьшения тепловых потерь лучеиспускания. Ниже рамы 7 идет еще третий воздушный зазор, за ним слой фанеры, четвертый и воздушный зазор и, наконец, обыкновенная деревянная, войлочная, или другая изоляция и потолочная подшивка.

Вода нагревается следующим образом. Из наружного резервуара 8 (см. фиг. 1) вода по трубе и по кольцевой трубе 9 попадает в водонагревательные камеры наружных рамочных ящиков 1, откуда подогретые верхние слои воды стекают в водонагревательные камеры внутренних ящиков. Из центрального ящика 1 вода, подогретая до температуры 80-90°, попадает по трубе в бак 2.

Устройство, поглощающее солнечную тепловую энергию для подогревания и кипячения раствора серной кислоты, размещено на площади, охватывающей центральное здание со всех сторон и снижающейся слегка уступами от центра к периферии. Как и в первом случае устройство, поглощающее солнечную тепловую энергию, состоит из отдельных квадратных рамочных ящиков 1, в каждом из которых сверху расположена рама 3 (см. фиг. 4) со слоем стеклянных вакуумных камер, под которою, после незначительного воздушного зазора лежит вторая рама 4 со слоем парообразующих камер, по своим размерам и, виду похожих на водонагревательные камеры. Вводы 5 и выводы 6 (см. фиг. 8, 10) расположены в камере настолько низко у самого дна, что весь раствор может быть выпущен через одно из этих отверстий без спускового соска. Вместо него имеется сосок для отвода пара из камеры по каучуковому шлангу (см. фиг. 4) в общий пароотвод, выводящий пар из всех парообразующих камер ящика 1. Пароотводы отдельных рамочных ящиков 1 соединяются в групповые пароотводы 10 (см. фиг. 1), уводящие пар внутрь центрального здания к аккумулирующей массе 11 и механизмам.

Под второй рамой 4 с парообразующими камерами и с небольшим воздушным зазором лежит третья рама 7 со слоем стеклянных вакуумных камер, посеребренных с одной стороны для уменьшения тепловых потерь лучеиспусканием. Еще ниже этих рам, помещаемых на столбах (см. фиг. 4), идет воздушный зазор, затем слой фанеры, снова воздушный зазор. Наконец внизу лежит слой изоляции из соломы, песка и тому подобных материалов, положенных на почву 12.

Раствор подается в парообразующие камеры системой отводов растворов. Выходящий из системы труб 13, расположенных в аккумулирующей массе 11, раствор по растворообводам подходит к какрбюраторам, установленных по одному на каждую кольцевую группу рамочных ящиков, расположенных на одной высоте. Если через карбюратор в кольцо ящиков впускают раствор, то он растекается по дну парообразующих камер всех ящиков 1 этой группы тонким слоем, примерно в 1-2 мм; после того, как в процессе нагревания часть раствора, испарившись, уходит из камер через пароотвода, уровень раствора в камерах понижается, и через карбюратор снова поступает раствор.

Рамочные ящики 1 с парообразующими камерами должны уловить солнечную тепловую анергию и с ее помощью вскипятить находящиеся на дне парообразующих камер тонкий слой раствора серной кислоты. Пары кипящего раствора серной кислоты переносят поглощаемое тепло по пароотводам 10 (фиг. 1) в центральное здание к потребляющим тепло механизмам и к аккумулирующей массе 11, и, отдав внутри центрального здания все тепло парообразования и охладившись, превращаются в сниженный раствор, который стекает обратно, выходя наружу здания по раствороотводам, и по мере надобности подается карбюратором снова в парообразующие камеры. В случае ночных заморозков раствор необходимо спускать на ночь из парообразующих камер, в бассейны, откуда он берется для дальнейшего потребления. Нижний этаж центрального здания занят резервуаром 11 (фиг. 1) с аккумулирующей массой 11, жидкой (раствор хлористого кальция, серной кислоты, нефть и др.) или твердой (тальк, гранит и др.). Резервуар изолируется снизу, с боков и сверху как слоем тсеклянных посеребренных с одной стороны вакуумных камер, так и слоем обыкновенной изоляции из войлока, асбеста, пробки, соломы и прочего. Внутри резервуара 11 размещена система трубопроводов 13 для циркуляции паров серной кислоты, приходящих сюда из кожуха эвапоратора в сжиженном состоянии. В верхней части центрального здания смонтированы эвапораторы обычного типа с перегревателями и сепараторами.

В этом же помещении находится бак для образования и подачи раствора в систему. Сбоку центрального здания вверху в виде пристройки имеется резервуар 8 для воды при наружной температуре, куда вода подается снизу из колодца 14 по трубе насосом.

До начала инсоляции все трубопроводы и внутренность кожухов перегревателей и эвапораторов пусты. В баке для образования и подачи раствора заготавливается 15-20% раствора серной кислоты Н₂O₄, а в наружном резервуаре 8 к началу работ должно находиться достаточное количество воды при температуре окружающего воздуха.

При появлении солнца солнечные лучи начинают проникать внутрь рамочных ящиков 1 и 1 к водонагревательным и парообразующим камерам. По истечение 10-15 минут открывают краны наружного резервуара 8, вода попадает из него в кольцевую трубу 9, откуда проходит в водонагревательные камеры. Подогретая слегка в камерах вода из наружных ящиков 1 перетекает в камеры внутренних ящиков, а из центрального рамочного ящика 1 в трубу 15 попадает в бак для подогретой воды 2. Перед сбором воду в баке 2, который пока еще может не обогреваться, вводят паровую, поступающую по трубе 16, подогретую воду по ответвлению трубки непосредственно в бак образования и подачи раствора, где находится раствор серной кислоты. Получая таким образом необходимый раствор с высокой температурой за счет подогретой воды и за счет реакции соединения воды с серной кислотой, пропускают раствор из бака образования и подачи раствора по трубе в кожух эвапоратора 17, откуда раствор, не заходя в систему трубопроводов 13, расположенных в аккумулирующей массе, направляется в раствороотводы и через карбюраторы в парообразующие камеры. Поступающее из водонагревательных камер новое количество подогретой воды собирается в баке 2. В рамочных ящиках 1 за по время (примерно 1-1,5 час) прогреваются только парообразующие камеры.

По мере прогревания этих камер нагретый раствор серной кислоты пропускается через кожухи эвапоратора 17 по трубе 18 без захода в систему труб 13, расположенных в аккумулирующей массе 11, наружу центрального здания в раствороотводы, из которых через карбюраторы раствор попадает внутрь парообразующих камер.

С помощью карбюраторов раствор различается в парообразующих камерах тонким слоем, оставаясь постоянно на одной высоте. Находящийся в камерах раствор, получая от их стенок необходимое для парообразования количество теплоты, испаряется и пары, поднимаются вверх и попадают в пароотводящие трубки и общие пароотводы 10, идущие к центральному зданию в кожух перегревателя, откуда по трубе переходят в кожух эвапоратора 17. В последнем пары раствора конденсируются, отдавая свою скрытую теплоту стенкам алюминиевых труб эвапоратора 17, внутрь которых по мере их прогрева вводится насосом через сепаратор по трубе 19 подогретая чистая вода из бака 2.

После того, как система достаточно прогрета и пары раствора серной кислоты беспрепятственно циркулируют, часть сконденсированного в кожухе эвапоратора раствора пропускается через систему труб 13, расположенных в аккумулирующей массе 11. Нагнетаемая в эвапоратор вода, нагреваясь от стенок алюминиевых труб его до 110-115°C, в трубах на поверхности своей испаряется, выделяя пары в сепаратор 20, откуда чистый водяной пар переходит по трубе 21 в трубы перегревателя 22, обволакиваемые извне нагретыми парами раствора серной кислоты из парообразующих камер. В трубах перегревателя 22 насыщенные пары воды перегреваются и попадают в коллектор 23, откуда уже перегретыми отводятся к турбогенераторам.

В часы отсутствия солнца входы и выходы пароотвода 10 и раствороотводных 18 труб запираются и поверхность рам покрывается предохранительными щитами или брезентами. Кожух эвапоратора 17 и перегревателя 22 заполняется раствором серной кислоты доверху из камеры образования и подачи раствора. При достаточно высокой температуре аккумулирующей массы 11 (130-140°С), возникает конвекционная циркуляция раствора, которая переносит тепло от аккумулирующей массы к трубам пароперегревателя и эвапоратора, так что эти трубы будут непрерывно получать тепловую энергию даже в часы отсутствия солнца из резервов тепла, собранных в аккумулирующей массе 11.

Устройство для поглощения и аккумулирования солнечной теплоты, характеризующееся совокупным применением поглотителей теплоты для подогрева воды, расположенных на крыше здания уступами к средней части и состоящих из стеклянных нагревательных ящиков с вводными и выводными патрубками для воды, помещающихся между вакуумными стеклянными камерами белого стекла и камерами темного стекла, из подогревателей вода переходит в бак 2; поглотителей 1 для подогрева слабого раствора серной кислоты, амилового спирта или другой жидкости с повышенной точкой кипения, расположенных вокруг здания уступами к периферии и состоящих из парообразующих стеклянных камер с вводными и выводными патрубками, помещающихся между вакуумными камерами белого стекла и камерами темного или посеребренного стекла аккумулятора 11 солнечной теплоты, расположенного внизу здания и состоящего из резервуара 11, наполненного жидким или твердым поглотителем теплоты и снабженного системой труб, соединенных в нижней своей части трубой 18 с кипятильными камерами, трубчатого эвапоратора 17 и подогревателя, кожухи которых соединены между собою трубами, и с другой стороны с трубой 16, кожух же перегревателя 22 соединен кроме того трубой 10 с кипятильными камерами, в трубках эвапоратора и перегревателя, соединенных с сепаратором 20, получающим подогретую воду из бака 2, и с коллектором 23 циркулирует рабочий пар и жидкость (вода) или аммиак.