Гелиоустановка горячего водоснабжения и ее солнечный тепловой коллектор

Номер патента: 5300

Опубликовано: 30.12.2004

Автор: Виноградов Владимир Сергеевич

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Гелиоустановка горячего водоснабжения, содержащая солнечную батарею, которая включает по меньшей мере два солнечных тепловых коллектора, соединенных между собой патрубком, бак-аккумулятор, трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею, трубопровод отвода горячей воды из солнечной батареи в бак-аккумулятор, трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор, трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю, причем трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор и трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею присоединены к донной части бака-аккумулятора, а трубопровод отвода горячей воды из солнечной батареи в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю соединены с верхней частью бака-аккумулятора, отличающаяся тем, что каждый из коллекторов солнечной батареи снабжен индивидуальным тепловым датчиком и индивидуальным трубопроводом отвода из него горячей воды через соединительный патрубок, причем в местах пересечения патрубков и трубопроводов размещены запорные устройства, трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею снабжен водяным насосом, а бак-аккумулятор содержит два теплообменника разного объема: большего - для воды, предназначенной для отопления, меньшего - для воды, пригодной для бытовых нужд.

2. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена программным электронным устройством, обеспечивающим управление тепловыми датчиками, электродвигателем водяного насоса и запорными устройствами.

3. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы закреплены на месте эксплуатации с возможностью их поворота относительно оси и линии горизонта.

4. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы установлены на месте эксплуатации под углом наклона к горизонту, который отвечает углу склонения солнца к горизонту в данный период времени.

5. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что на месте эксплуатации часть солнечных коллекторов установлена на стене здания с ориентацией их с востока на запад, а остальная их часть - на крыше здания.

6. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы могут быть выполнены любой геометрической формы.

7. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что соотношение объемов теплообменника с горячей водой для отопления и теплообменника с горячей водой для бытовых целей составляет 4:1.

8. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор и трубопроводы отвода горячей воды из солнечных коллекторов к нему покрыты слоем теплоизоляции.

9. Солнечный тепловой коллектор, содержащий прозрачную верхнюю панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающую панель, выполненную в виде набора параллельных металлических труб для жидкостного теплоносителя, соединенных с нижней поверхностью металлического лучепоглощающего листа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит опорную теплоизолирующую панель, расположенною под теплоизоляционным слоем, а металлические параллельные трубы теплопоглощающей панели впрессованы в металлический лучепоглощающий лист, причем опорная теплоизолирующая панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающая и прозрачная верхняя панели герметично соединены между собой в конструкцию жесткой структуры, а снизу и сверху этой конструкции по периметру установлены металлические или пластиковые профили.

10. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем. что металлические параллельные трубы, впрессованные в металлический лучепоглощающий лист, расположены вдоль коротких сторон листа и соединены между собой трубами, расположенными вдоль длинных его сторон.

11. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что лучепоглощающий лист теплопоглощающей панели выполнен из алюминия с черным или селективным покрытием по наружной поверхности, а впрессованные в него металлические трубы с жидкостным теплоносителем выполнены из меди.

12. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что он выполнен с двумя отверстиями на его наружных торцевых сторонах для подвода и отвода жидкости.

13. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что в зимнее время в качестве жидкостного теплоносителя используют смесь воды и антифриза либо аналогичного продукта в соотношении 1:1.

14. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что по периметру солнечного коллектора между панелями и теплоизоляционным слоем размещены резиновые прокладки.

15 Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что опорная теплоизолирующая панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающая и прозрачная панели соединены между собой в конструкцию жесткой структуры механическим путем, например с помощью болтов.

16. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что опорная теплоизолирующая панель выполнена из дерева, фанеры, древесно-стружечной плиты или из пластиковых и других аналогичных материалов.

17. Солнечный тепловой коллектор по п.9, отличающийся тем, что слой теплоизоляции выполнен из пенопласта, стеклянной, минеральной или базальтовой ваты либо изделий из нее.

Рисунок 1

 

Текст

Смотреть все

1 Область техники Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к солнечным тепловым коллекторам, и может быть применено в системах горячего водоснабжения жилых домов, объектов административно-бытового, производственного и сельскохозяйственного назначения. Предшествующий уровень техники Известна гелиоустановка, содержащая бакаккумулятор, выполненный за одно целое с солнечным коллектором, причем стенка бака-аккумулятора, обращенная к солнечному коллектору,выполнена как отражающая солнечное излучение на коллектор. Кроме того, данная гелиоустановка содержит прямой трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечный коллектор,обратный трубопровод отвода воды из солнечного коллектора в бак-аккумулятор, трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю (авторское свидетельство СССР 1816937, кл. F24 J 2/42, 1993). Недостатком данной гелиоустановки является сложность ее конструкции, низкая производительность, значительные потери тепла в атмосферу через стенки трубопроводов и бакааккумулятора, а также ограниченные возможности использования ее в народном хозяйстве в силу конструктивных особенностей. Известен солнечный тепловой коллектор,являющийся составной частью гелиоустановки,который содержит прозрачную верхнюю теплоизоляционную панель и две пластины из листового материала, скрепленные между собой по периметру с образованием полости для теплоносителя, соединенной с входным и выходным патрубками. В полости между пластинами вдоль их длинных сторон расположены проточные трубопроводы, прикрепленные к пластинам в местах их контакта путем пайки, сварки или клеевого соединения. При этом верхняя пластина с внешней стороны покрыта светопоглощающим материалом (патент России 2042088, кл.F24 J 2/20, 1995). Недостатком этого солнечного коллектора является невысокий коэффициент теплоотдачи от пластин к жидкости, находящейся в трубопроводах и полости между пластинами. Объясняется это тем, что, во-первых, трубопроводы и пластины имеют относительно небольшую поверхность контакта, так как соединены между собой только по образующим цилиндрической поверхности трубопроводов, а во-вторых, из-за того, что нижняя пластина малоэффективна как элемент нагрева воды. Поэтому равномерный нагрев теплоносителя в полости между пластинами обеспечиваться не будет. Наиболее близкой к заявляемой гелиоустановке по совокупности признаков является гелиоустановка горячего водоснабжения, которая содержит солнечный коллектор, бак-аккумулятор, трубопровод подачи воды из бака 005300 2 аккумулятора в солнечный коллектор, трубопровод отвода воды из коллектора в бак-аккумулятор, трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю, причем трубопровод подачи холодной воды в бакаккумулятор и трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечный коллектор присоединены к днищу бака-аккумулятора, а трубопровод отвода воды из солнечного коллектора в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю соединены с верхней частью бака-аккумулятора таким образом, что входят они в бак-аккумулятор через днище и поднимаются внутри бака вертикально вдоль длинных его сторон в верхнюю часть, где заканчиваются сливным и отборным концами (см. патент Украины 23837,кл. F24 J 2/00, 1998). Недостатком данной гелиоустановки является ее низкая эффективность за счет малого съема тепла в единицу времени и значительных потерь тепла в окружающую среду при транспортировании и хранении горячей воды из-за отсутствия теплоизоляционного покрытия на трубопроводах и баке-аккумуляторе. Кроме того, малая эффективность установки объясняется низкой скоростью циркуляции воды в ней, так как движение воды в системе происходит за счет разницы плотностей нагретой воды в коллекторе и холодной воды в баке-аккумуляторе. Конструкция данной гелиоустановки не позволяет накапливать ее в больших количествах и сохранять длительное время в период отсутствия солнечного излучения. Таким образом, данная гелиоустановка отличается малой мощностью, нагревает воду всего до 60 С и находится в большой зависимости от времени суток и погодных условий. Ближайшим к заявляемому солнечному коллектору является солнечный тепловой коллектор, описанный в патенте Украины 20662,кл.6 F 24J 2/24, 1998, который содержит прозрачную верхнюю панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающую панель, выполненную в виде набора параллельных металлических труб для жидкостного теплоносителя, присоединенных к нижней поверхности металлического лучепоглощающего листа через ребра путем их сваривания, причем лучепоглощающий лист состоит из отдельных металлических элементов с цилиндрической поверхностью - сегментов,которые сверху имеют селективное покрытие. Данный коллектор, в целом, снабжен патрубками для соединения с другими коллекторами и трубопроводами системы горячего водоснабжения. Недостатком данного солнечного коллектора является сложность конструкции теплопоглощающей панели, для которой нужно изготовить отдельные металлические сегменты, соединить их вместе и прикрепить к нижней их 3 поверхности трубную систему с помощью сваривания через ребра. Благодаря повышенной металлo- и трудоемкости процесса изготовления этой профилированной панели себестоимость солнечного теплового коллектора возрастает. А соединение трубной системы с поглощающим солнечные лучи листом путем их сваривания через ребра не способствует повышению степени теплопередачи от металлического листа к находящейся в трубах воде, так как отсутствует непосредственный контакт труб с лучепоглощающим листом. Сущность изобретения В основу изобретения поставлена задача создания такой конструкции гелиоустановки горячего водоснабжения, которая позволила бы повысить эффективность использования солнечного излучения для превращения его в тепловую энергию воды за счет увеличения полноты сбора лучистой энергии солнца нагреваемой поверхностью установки и полноты съема тепла с этой поверхности, а также создания условий избирательного отбора воды с максимальной температурой нагрева и улучшения степени сохранности горячей воды длительное время для бесперебойного снабжения потребителей горячей водой. Кроме того, задача изобретения состоит в создании гелиоустановки такой конструкции, которую можно было бы использовать в любых условиях эксплуатации, т.е. на любых широтах Северного и Южного полушария Земли, в любое время года и с установкой ее на поверхностях любой геометрической формы. Обычно мощность гелиоустановки характеризуется температурой нагрева воды, поставляемой к потребителю, и производительностью горячего водоснабжения, т.е. необходимостью не только нагреть воду до заданной температуры, обеспечить поддержание этой температуры в течение всего периода ее потребления, но и обеспечить бесперебойное горячее водоснабжение. Для этого недостаточно объединить в солнечную батарею несколько солнечных тепловых коллекторов и отобранную из них горячую воду аккумулировать в большом баке. Температура воды, отобранной из коллекторов неодинаковой степени нагрева, будет усредняться, и при долгом хранении горячей воды в баке-аккумуляторе в период отсутствия солнечного излучения вода будет постепенно остывать, отдавая свое тепло в окружающую среду. Техническим результатом заявляемой гелиоустановки является повышение эффективности за счет увеличения полноты и скорости съема тепла солнечного излучения с нагреваемой поверхности путем применения избирательной системы отбора горячей воды из того коллектора солнечной батареи, в котором температура воды достигла наиболее высокого значения, и использования принудительного движения воды в системе, в результате чего ускоряется теплообмен между нагреваемой поверхностью и теп 005300 4 лоносителем. Повышение эффективности гелиоустановки достигается также путем улучшения условий теплосбережения воды за счет конструктивных особенностей аккумулирующей емкости, снижения потерь тепла при транспортировании горячей воды и хранении ее на протяжении длительного времени путем использования теплоизоляции на средствах транспортирования и аккумулирования воды. К этому можно добавить увеличение полноты сбора лучистой энергии из солнечного потока за счет многовариантности конструктивного исполнения составляющих узлов и элементов гелиоустановки и условий установки ее на месте эксплуатации. Кроме вышеуказанного, следует отметить тот факт, что увеличение полноты и скорости превращения лучистой энергии солнца в тепловую энергию воды и бесперебойность работы установки в целом обеспечиваются программным электронным управлением всеми узлами и элементами гелиоустановки. Еще одной задачей изобретения является создание такой конструкции солнечного теплового коллектора, которая позволила бы повысить его теплопоглощающую способность за счет улучшения его теплотехнических характеристик. Технический результат заявляемого солнечного коллектора заключается в улучшении его теплотехнических характеристик за счет повышения коэффициента теплоотдачи его теплопоглощающей панели путем увеличения поверхности контакта системы труб с теплоносителем и лучепоглощающего листа за счет соединения их методом горячего прессования, т.е. под действием температуры и давления, снижения коэффициента теплопотерь путем дополнительного изолирования корпуса коллектора и герметизации внутреннего пространства солнечного коллектора, а также увеличения его механической прочности путем создания конструкции жесткой структуры. Первый технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в гелиоустановке горячего водоснабжения, в состав которой входит солнечная батарея, включающая, по меньшей мере, два солнечных тепловых коллектора, соединенных между собой патрубком, бак-аккумулятор, трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею, трубопровод отвода воды из солнечной батареи в бак-аккумулятор, трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор, трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю, причем трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор и трубопровод подачи воды в солнечную батарею из бака-аккумулятора присоединены к донной части бака-аккумулятора, а трубопровод отвода воды из солнечной батареи в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю соединены с верхней частью бака-аккумулятора, в соответствии с 5 изобретением каждый из коллекторов солнечной батареи снабжен индивидуальным тепловым датчиком и индивидуальным трубопроводом отбора из него горячей воды через соединительный патрубок, причем в местах пересечения патрубков и трубопроводов установлены запорные устройства, трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею снабжен водяным насосом, а бак-аккумулятор содержит два теплообменника разного объема: большего - для воды, предназначенной для отопления, меньшего - для воды, пригодной для бытовых целей, при соотношении их объемов 4:1. Бак-аккумулятор и трубопроводы покрыты слоем теплоизоляции. Кроме того, солнечные коллекторы могут быть расположены на месте эксплуатации таким образом, что часть их установлена на вертикальных стенах здания с ориентацией с востока на запад, а остальные - на крыше здания и закреплены с возможностью их поворота относительно оси и горизонта. Причем солнечные коллекторы могут быть выполнены любой геометрической формы и должны быть установлены на месте эксплуатации под углом наклона к горизонту, который отвечает углу склонения солнца к горизонту в данный период времени. Кроме того, данная гелиоустановка горячего водоснабжения снабжена программным электронным устройством, обеспечивающим управление тепловыми датчиками, электродвигателем водяного насоса и запорными устройствами. Второй технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что солнечный тепловой коллектор, входящий в состав солнечной батареи гелиоустановки, который включает прозрачную верхнюю панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающую панель, выполненную в виде набора параллельных металлических труб для жидкостного теплоносителя, соединенных с нижней поверхностью металлического лучепоглощающего листа, в соответствии с изобретением дополнительно содержит опорную теплоизолирующую панель,расположенную под теплоизоляционным слоем,а металлические параллельные трубы теплопоглощающей панели впрессованы в металлический лист, причем эти трубы расположены вдоль коротких сторон листа и соединены между собой трубами, расположенными вдоль его длинных сторон. Опорная теплоизолирующая панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающая и прозрачная панели герметично соединены между собой в конструкцию жесткой структуры, а снизу и сверху этой конструкции по периметру установлены металлические или пластиковые профили, причем указанные панели соединены между собой механическим путем, например с помощью болтов. Между панелями солнечного коллектора по периметру размещены резиновые прокладки. Лучепоглощающий лист теплопоглощающей панели выполнен 6 из алюминия с черным или селективным покрытием по наружной поверхности, а впрессованные в него металлические трубы с жидкостным теплоносителем выполнены из меди. На наружных торцевых сторонах солнечного теплового коллектора имеются два отверстия для подвода и отвода жидкости. Опорная теплоизолирующая панель может быть выполнена из дерева, фанеры, древесно-стружечной плиты, пластиковых или других аналогичных материалов, а теплоизоляционный слой может быть выполнен из пенопласта, стеклянной, минеральной или базальтовой ваты либо изделий из нее. При этом зимой в качестве теплоносителя, находящегося в трубах теплопоглощающей панели, используют смесь воды и антифриза или других аналогичных продуктов в соотношении 1:1. Описание чертежей Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены на фиг. 1 - схематический вид гелиоустановки горячего водоснабжения; на фиг. 2 -схематическое изображение солнечного коллектора, вид сбоку, условно; на фиг. 3 - общий вид солнечного коллектора. В соответствии с фиг. 1 гелиоустановка содержит солнечную батарею 1, которая состоит из нескольких солнечных тепловых коллекторов 2, бак-аккумулятор 3, трубопровод подачи холодной воды 4 к баку-аккумулятору 3, трубопровод подачи воды 5 из бака-аккумулятора 3 к солнечной батарее 1, трубопровод отвода воды 6 из солнечной батареи 1 к баку-аккумулятору 3, трубопроводы отвода горячей воды 7 и 8 из бака-аккумулятора 3 к потребителю. Солнечные коллекторы соединены между собой патрубками 9, каждый из которых соединен с соответствующим трубопроводом отвода горячей воды 10 из коллектора. В местах пересечения патрубков 9 и трубопроводов 10 размещены запорные устройства 11. Трубопровод подачи воды 5 из бакааккумулятора 3 к солнечной батарее 1 снабжен водяным насосом 12. Бак-аккумулятор 3 содержит два теплообменника 13 и 14 разного объема. Теплообменник 13 большего объема предназначен для аккумулирования горячей воды, пригодной для отопления, а теплообменник 14,имеющий меньший объем, - для аккумулирования горячей воды, пригодной для бытовых нужд. Трубопроводы 7 и 8 обеспечены вентилями 15. Каждый солнечный коллектор 2батареи 1 имеет индивидуальный тепловой датчик 16. Кроме того, гелиоустановка имеет программное электронное устройство 17, обеспечивающее управление тепловыми датчиками 16, электродвигателем водяного насоса 12 и запорными устройствами 11. В соответствии с фиг. 2 и 3 солнечный тепловой коллектор 2 содержит прозрачную верхнюю панель 18, расположенную под ней теплопоглощающую панель 19, которая включает 7 набор параллельных металлических поперечных труб 20, впрессованных в металлический лист 21 по его нижней поверхности, теплоизоляционный слой 22 и опорную теплоизолирующую панель 23. Для лучшей теплопередачи лист 21 выполнен из алюминия, а трубы 20 для жидкостного теплоносителя - из меди. Причем параллельные медные трубы 20 соединены между собой продольными трубами 24 и расположены вдоль коротких сторон листа 21, а трубы 24 расположены вдоль его длинных сторон. Одна из продольных труб 24 является распределительной, а вторая - коллекторной, причем изготовлены они так же, как и трубы 20, из меди. Между панелями по периметру размещены резиновые прокладки или уплотнители 25. Солнечный коллектор 2 выполнен в виде конструкции жесткой структуры 27, снизу и сверху которой установлены металлические или пластмассовые профили 26. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения Работа гелиоустановки горячего водоснабжения описана ниже. Через трубопровод 4 подают холодную воду в бак-аккумулятор 3 и заполняют его, а потом с помощью водяного насоса 12 по трубопроводу 5 и через патрубки 9 подают воду из бака-аккумулятора 3 в солнечные тепловые коллекторы 2 солнечной батареи 1. После этого водяной насос 12 отключают. Солнечные лучи, которые падают перпендикулярно на плоскость коллекторов 2, нагревают воду, находящуюся в них, и, когда нагрев воды в каком-то из коллекторов достигает заданной величины, которая фиксируется тепловым датчиком 16, срабатывает программное электронное устройство 17. Это устройство включает водяной насос 12 и устанавливает соответствующее запорное устройство 11 таким образом,что нагретая в коллекторе вода по трубопроводу 10 отводится через общий трубопровод 6 в бакаккумулятор 3. Одновременно вода из бакааккумулятора 3 заполняет водой тот коллектор из всех коллекторов 2 солнечной батареи 1, из которого была отведена самая горячая вода. Потом насос 12 снова отключается, а запорное устройство 11 возвращается в свое первоначальное положение, то есть патрубок 9 снова становится рабочим, а трубопровод 10 блокируется запорным устройством. Таким образом,бак-аккумулятор 3 постепенно заполняется горячей водой. Сначала горячей водой заполняется теплообменник 13, который аккумулирует воду для отопления помещений, а потом теплообменник 14, аккумулирующий воду для бытовых нужд. Для обеспечения потребителей горячей водой для отопления или для бытовых целей используют вентили 15, расположенные на трубопроводах 7 и 8. В этом режиме система работает постоянно. Причем соотношение объемов теплообменников 13 и 14 зависит от объемов потребления горячей воды разного назна 005300 8 чения и преимущественно составляет 4:1. Наличие теплообменников 13 и 14 с водой целевого назначения в баке-аккумуляторе 3, который также заполнен водой, вместо только непосредственного заполнения этого бака водой для целей горячего водоснабжения, не только способствует лучшему сохранению нагретой целевой воды длительное время, но и обеспечивает подогрев той воды, которая находится непосредственно в баке и поступает из него в солнечные тепловые коллекторы 2. Решению вышеуказанной задачи способствует и то, что бак-аккумулятор 3 и трубопроводы 5, 6, 7, 8, 10 покрыты слоем теплоизоляции, например пенопластом,стеклянной, минеральной или базальтовой ватой либо изделиями из нее. Преимущество имеет базальтовая вата или изделия из нее, поскольку это недорогая и очень эффективная теплоизоляция, так как изготавливается из дешевого сырья - базальтового камня - и имеет низкий коэффициент теплопроводности. Циркуляция воды в контуре гелиоустановки горячего водоснабжения обеспечивается, как уже указывалось, водяным насосом 12, который включается автоматически, когда достигается определенный уровень солнечной радиации и соответственно заданный нагрев воды в коллекторе до соответствующей температуры. При отсутствии солнца насос не работает. Для лучшего использования солнечной энергии коллекторы должны быть установлены своей плоскостью перпендикулярно лучам солнечного излучения. С этой целью они обеспечены механизмом поворота их относительно оси и линии горизонта. В летнее время оптимальный угол наклона коллекторов к горизонту составляет 30-40 С, а зимой - 60-70 С для средних широт Северного полушария Земли. Наибольший экономический эффект достигается размещением части солнечных тепловых коллекторов на вертикальной стене здания с ориентацией их с востока на запад, а остальных коллекторов - на крыше дома под углом наклона к горизонту, который отвечает углу склонения солнца к горизонту в данный период. Поскольку поверхность зданий бывает очень разнообразной, солнечные коллекторы солнечной батареи могут быть выполнены любой геометрической формы, которая облегчит их установку на месте эксплуатации. Предложенная гелиоустановка горячего водоснабжения в сравнении с прототипом позволяет эффективно использовать солнечное излучение для превращения его в тепловую энергию воды за счет осуществления избирательной системы отвода горячей воды из коллекторов с помощью индивидуальных тепловых датчиков и индивидуальных трубопроводов отвода горячей воды, принудительного движения воды по трубопроводам, наличия программного электронного устройства, эффективного сохранения тепла горячей воды, находя 9 щейся в баке-аккумуляторе, обеспечения изменения пространственной конфигурации коллекторов солнечной батареи в зависимости от формы объекта, к которому крепятся коллекторы, и целенаправленного расположения солнечных коллекторов на месте их эксплуатации по отношению к солнечному лучу. Работа солнечного теплового коллектора описана ниже. С восходом солнца солнечные лучи проникают через прозрачную панель 18 и падают на лучепоглощающий алюминиевый лист 21,выкрашенный черной матовой краской или имеющий селективное покрытие. Лист 21 теплопоглощающей панели 19 нагревается и передает тепло медным трубам 20, впрессованным в него. Благодаря способу их соединения путем горячего прессования поверхность контакта труб 20 с листом 21 увеличивается в сравнении с методом сваривания, пайки или склеивания,так как в заявляемом объекте соединение их происходит не только под действием температуры, но и под действием давления. Высокий коэффициент теплопроводности алюминия и меди и большая поверхность контакта труб 20 и 24 с листом 21 обеспечивают эффективную передачу тепла от лучепоглощающего листа 21 к жидкостному теплоносителю, то есть воде, находящейся в трубах 20 и 24. Лист 21 во время его соединения с трубами 20 и 24 путем горячего их прессования становится как бы профилированным, что способствует реализации дополнительного теплообмена между ними в длинноволновом диапазоне. Под теплопоглощающей панелью 19 расположен слой теплоизоляции 22,а ниже последнего находится опорная теплоизолирующая панель 23, которая дополнительно защищает трубы с жидкостным теплоносителем от потери тепла и одновременно повышает механическую прочность конструкции солнечного коллектора. Опорная теплоизолирующая панель 23 может быть изготовлена из дерева, фанеры,древесно-стружечной плиты или пластиковых материалов, а в качестве теплоизоляции может применяться любой теплосберегающий материал, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. Между панелями 18, 19 и между теплоизоляционным слоем 22 и панелью 23 расположены по периметру резиновые прокладки или уплотнитель 25. Все панели и слой теплоизоляции герметично соединены между собой механическим путем в конструкцию жесткой структуры 27, например с помощью болтов. Для повышения жесткости конструкции и теплоизолирующего эффекта сверху и снизу солнечного коллектора по периметру установлены металлические или пластмассовые профили 26. Зимой в качестве жидкостного теплоносителя в коллекторах может быть использована смесь воды и антифриза или других аналогичных продуктов в соотношении 1:1, так как такая смесь не будет замерзать. 10 Предложенная конструкция солнечного коллектора в сравнении с прототипом позволяет повысить эффективность теплоотдачи от теплопоглощающей панели листотрубной конструкции к жидкому теплоносителю, находящемуся в трубках, за счет применения нового способа соединения лучепоглощающего листа и трубок,а также позволяет снизить его металло- и трудоемкость за счет упрощения технологии его изготовления, увеличить механическую прочность и жесткость коллектора за счет выполнения его в виде конструкции жесткой структуры, упрочненной сверху и снизу по периметру профилями. Предложенная конструкция солнечной батареи, включающей несколько солнечных коллекторов, соединенных между собой патрубками и установленных с возможностью избирательного отбора из них горячей воды заданной температуры, позволяет снизить инерционность гелиоустановки и увеличить ее эксплуатационную мощность. Таким образом, использование гелиоустановки предложенной конструкции и ее солнечного теплового коллектора позволяет повысить эффективность использования солнечной энергии для превращения ее в тепловую энергию воды не только путем улучшения теплотехнических характеристик, но и путем улучшения экономических показателей горячего водоснабжения потребителей, а также расширить технические возможности ее применения на местности. Так, с учетом того, что температура воды в коллекторе может достичь 180 С, один солнечный день может обеспечить потребность в горячей воде в течение недели и более при наличии достаточных объемов накопителя горячей воды. Данная гелиоустановка может применяться как самостоятельно, так и в сочетании с другими известными системам горячего водоснабжения. В настоящее время изготовлен опытный образец гелиоустановки и проводятся его испытания в Крыму. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Гелиоустановка горячего водоснабжения, содержащая солнечную батарею, которая включает по меньшей мере два солнечных тепловых коллектора, соединенных между собой патрубком, бак-аккумулятор, трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею, трубопровод отвода горячей воды из солнечной батареи в бак-аккумулятор, трубопровод подачи холодной воды в бакаккумулятор, трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю, причем трубопровод подачи холодной воды в бакаккумулятор и трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею присоединены к донной части бака-аккумулятора, а трубопровод отвода горячей воды из солнечной 11 батареи в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака-аккумулятора к потребителю соединены с верхней частью бакааккумулятора, отличающаяся тем, что каждый из коллекторов солнечной батареи снабжен индивидуальным тепловым датчиком и индивидуальным трубопроводом отвода из него горячей воды через соединительный патрубок, причем в местах пересечения патрубков и трубопроводов размещены запорные устройства, трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечную батарею снабжен водяным насосом, а бакаккумулятор содержит два теплообменника разного объема: большего - для воды, предназначенной для отопления, меньшего - для воды,пригодной для бытовых нужд. 2. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена программным электронным устройством, обеспечивающим управление тепловыми датчиками,электродвигателем водяного насоса и запорными устройствами. 3. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы закреплены на месте эксплуатации с возможностью их поворота относительно оси и линии горизонта. 4. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы установлены на месте эксплуатации под углом наклона к горизонту, который отвечает углу склонения солнца к горизонту в данный период времени. 5. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что на месте эксплуатации часть солнечных коллекторов установлена на стене здания с ориентацией их с востока на запад, а остальная их часть - на крыше здания. 6. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что солнечные коллекторы могут быть выполнены любой геометрической формы. 7. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что соотношение объемов теплообменника с горячей водой для отопления и теплообменника с горячей водой для бытовых целей составляет 4:1. 8. Гелиоустановка горячего водоснабжения по п.1, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор и трубопроводы отвода горячей воды из солнечных коллекторов к нему покрыты слоем теплоизоляции. 9. Солнечный тепловой коллектор, содержащий прозрачную верхнюю панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающую панель,выполненную в виде набора параллельных металлических труб для жидкостного теплоносителя, соединенных с нижней поверхностью ме 005300 12 таллического лучепоглощающего листа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит опорную теплоизолирующую панель, расположенную под теплоизоляционным слоем, а металлические параллельные трубы теплопоглощающей панели впрессованы в металлический лучепоглощающий лист, причем опорная теплоизолирующая панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающая и прозрачная верхняя панели герметично соединены между собой в конструкцию жесткой структуры, а снизу и сверху этой конструкции по периметру установлены металлические или пластиковые профили. 10. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что металлические параллельные трубы, впрессованные в металлический лучепоглощающий лист, расположены вдоль коротких сторон листа и соединены между собой трубами, расположенными вдоль длинных его сторон. 11. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что лучепоглощающий лист теплопоглощающей панели выполнен из алюминия с черным или селективным покрытием по наружной поверхности, а впрессованные в него металлические трубы с жидкостным теплоносителем выполнены из меди. 12. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что он выполнен с двумя отверстиями на его наружных торцевых сторонах для подвода и отвода жидкости. 13. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что в зимнее время в качестве жидкостного теплоносителя используют смесь воды и антифриза либо аналогичного продукта в соотношении 1:1. 14. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что по периметру солнечного коллектора между панелями и теплоизоляционным слоем размещены резиновые прокладки. 15. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что опорная теплоизолирующая панель, теплоизоляционный слой, теплопоглощающая и прозрачная панели соединены между собой в конструкцию жесткой структуры механическим путем, например с помощью болтов. 16. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что опорная теплоизолирующая панель выполнена из дерева, фанеры,древесно-стружечной плиты или из пластиковых и других аналогичных материалов. 17. Солнечный тепловой коллектор по п.9,отличающийся тем, что слой теплоизоляции выполнен из пенопласта, стеклянной, минеральной или базальтовой ваты либо изделий из нее.

МПК / Метки

МПК: F24J 2/42, F24J 2/24

Метки: гелиоустановка, тепловой, водоснабжения, горячего, коллектор, солнечный

Код ссылки

<a href="http://easpatents.com/8-5300-gelioustanovka-goryachego-vodosnabzheniya-i-ee-solnechnyjj-teplovojj-kollektor.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Гелиоустановка горячего водоснабжения и ее солнечный тепловой коллектор</a>

Похожие патенты