Гелиоустановка

 

Сущность изобретения: гелиоустановка устанавливается плоскостью солнечного коллектора 1 (СК) под прямым углом к лучам солнечного излучения (СИ) в период зимнего солнцестояния для данной широты местности и, кроме того, может быть закреплена на месте эксплуатации посредством шарнира 15, расположенного по центру тяжести установки или выше его. При падении лучей . Горячая . . вода. СО перпендикулярно плоскости СК на панель 2 поступает как прямое СИ, так и отраженное от стенки 6 или панелей 11, 14, нагревая ее. От панели 2 тепло передается воде в каналах 3 и частично рассеивается в окружающей пространство в виде инфракрасного из лучения и за счет конвенции воздуха в зазорах, нагревая патрубки 8 непосредственно или через панель 9 и тем самым нагревая воду в патрубках 8, поступающую из бака 5. Нагретая вода из каналов 3 поступает в верхнюю часть бака 5 за счет градиента плотности воды, образуя естественную (термосифонную) циркуляцию воды. Изменяя наклон установки за счет поворота на шарнира 15 и угол раскрытия панелей 11,14 можно изменять в широких пределах поступление СИ на СК в течение года. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 24 J 2/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АЦТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4816901/06 (22) 23.04,90 (46) 23.05,93. Бюл. N 19 (75) А, И. Петлин (56) Зоколей С, Солнечная энергия и строительство. М.: Стройиздат, 1979, С. Танака, P. Суда, Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением. M. Стройиздат, 1989. (54) ГЕЛИОУСТАНОВКА (57) Сущность изобретения; гелиоустановка устанавливается плоскостью солнечного коллектора 1 (СК) под прямым углом к лучам солнечного излучения (СИ) в период зимнего солнцестояния для данной широты местности и, кроме того, может быть закреплена на месте эксплуатации посредством шарнира 15, расположенного по центру тяжести установки или выше его, При падении лучей

„„. Ж„„1816937 А1

СО перпендикулярно плоскости СК на панель 2 поступает как прямое СИ, так и отраженное от стенки 6 или панелей 11, 14, нагревая ее. От панели 2 тепло передается воде в каналах 3 и частично рассеивается в окружающей пространство в виде инфракрасного излучения и за счет конвенции воз.духа в зазорах, нагревая патрубки 8 непосредственно или через панель 9 и тем самым нагревая воду в патрубках 8, поступающую из бака 5. Нагретая вода иэ каналов

3 поступает в верхнюю часть бака 5 за счет градиента плотности воды, образуя естественную (термосифонную) циркуляцию воды.

Изменяя наклон установки за счет поворота на шарнира 15 и угол раскрытия панелей

11, 14 можно изменять в широких пределах поступление СИ на СК в течение года. 2 з, и, ф-.лы, 3 ил, Ф

1816937

Изобретение относится к энергетике и 5, Прямой и обратный патрубки для кажв частности для получения низкопотенци- дога теплоотводящего канала. ального тепла за счет солнечного излучения 6. Обрат ные патрубки расположены под (СИ) с последующим использованием в сис- тепловоспринимающей панелью без теплотемах теплоснабжения, потребляющих 5 изоляции от нее, энергию такого же температурного потен- 7. Обратные патрубки снабжены дополциала, нительной тепловоспринимающей панелью.

Цель изобретения — повышение эффек- 8. Теплоотводящие каналы сообщены с тивности использования солнечной энер- прямым и обратным гидравлическими колгии. 10 лекторами, Эта цель достигается тем, что в гелио- 9. Прямым и обратным гидравлическиводонагревательной установке с естест- ми коллекторами является бак-аккумулятор. венной циркуляцией, содержащей 10. Циркуляция теплоносителя естестсветоотражающие панели, плоский солнеч- венная. ный коллектор в виде тепловоспринимаю- 15 11.Светоотражающая панель. щей панели с теплоотводящими каналами, 12. Передняя стенка бака-аккумулятора совмещенный с баком-аккумулятором и со- выполнена плоской под углом 126 ...128 к общенный с ним через прямой и обратный плоскости солнечного коллектора. гидравлические коллекторы прямым и об- 13, Ширина (высота) стенки равна полоратным патрубком, каждый теплоотводя- 20 вине ширине(высоты) солнечного коллектощий канал солнечного коллектора снабжен ра). отдельным прямым и обратным патрубком, 14, Передняя стенка бака-аккумулятора каждый обратный патрубок расположен под является светотражающей панелью. тепловоспринимающей панелью без тепло- 15, Светоотражающая панель выполнеизоляции от нее, гидравлическими прямым 25 на раздельно от стенки бака-аккумулятора. и обратным коллекторами для каждого теп- 16. Дополнительная аналогичная светолоотводящего канала является бак-аккуму- отражающая панель на противоположной лятор, передняя стенка которого выполнена части солнечного коллектора. плоской под углом 126 ...128 к плоскости 17. Обе светоотражающие панели засолнечного коллектора с шириной(высотой) 30 креплены посредством шарнира с фиксаравной половине ширины (высоты) солнеч- цией угла раскрытия от 0 до 128 . ного коллектора и является светоотражаю- 18. Установка установлена плоскостью щей панелью, причем обратные патрубки солнечного коллектора под прямым углом к могут быть снабжены дополнительной теп- лучам солнечного излучения в период зимловоспринимающей панелью, светоотража- 35 него солнцестояния для данной широты меющая панель может быть выполнена стности. раздельно от стенки бака-аккумулятора, 19. Установка закреплена на месте эксустановка может содержать аналогичную плуатации посредством шарнира, располосветоотражающую панель на противопо- женного под СК по центру тяжести ложной части солнечного коллектора и обе 4о установки или выше его, светоотражающие панели могут быть за- Признаки 1, 2, 3, 4, 8, 10, 11 являются креплены посредством шарнира с фикса- общими с признаками прототипа. цией угла раскрытия от 0 до 128, сама Признаки 5, 6, 7, 9 позволяют использоустановка установлена плоскостью солнеч- вать часть инфракрасного излучения излучаного коллектора под прямым углом к лучам 45 емого нагретыми тепловоспринимающей солнечного излучения в период зимнего панелью и теплоотводящими каналами, т,к. солнцестояния для данной широты местно- тепло от солнечного излучения не полности, и закреплена на месте эксплуатации стью поглощается теплоносителем и темпепосредством шарнира, расположенного ратура тепловоспринимающей СИ панели под солнечным коллектором по центру тя- 50 выше температуры теплоносителя (особенжести установки или выше его. но по центру между теплоотводящими канаПризнаками, характеризующими пред- лами), а так же не делась специальные лагаемое изобретение, являются: гидравлические коллекторы и обратный пат1, Солнечный коллектор в виде тепло- рубок большого сечения. воспринимающей плоской панели с тепло- 55 Признаки 12, 13, 14, 18, 19 позволяют отводящими каналами. получить дополнительное тепло в зимний

2, Бак-аккумулятор. период, а также весенне-осенний периоды, 3, Бак-аккумулятор конструктивно со- т.к. отраженное СИ падает на всю поверхвмещен с солнечным коллектором. ность СК, и регулировать угол падения СИ

4. Прямой и обратный патрубки. на СК, не перегревать СК в летний период;

1816937

20

40

55 т,к. СИ будут падать на СК под углом меньшим 90, а отраженные лучи от светоотражающей панели будут падать на незначительную площадь CK. не делать отдельную светоотражающую панель, а также получить бак-аккумулятор с соотношением толщины к высоте не менее чем 1 к 2.

Признаки 15, 16, 17, 18, 19 позволяют увеличить и регулировать поступление тепла на СК в зимний и осенне-весенний периоды по отношению к признакам 12, 13, 14, затенять часть СК в летний период и тем самым регулировать поступление энергии

СИ на СК и плотностью закрывать СК, 1. Повышается эффективность установки из-за возможности использования части инфракрасного излучения от нагретых тепловоспринимающей панели и теплоотводящих каналов, т.к. это излучение будет частично поглощаться обратными патрубками и подогревать входящий в СК теплоноситель, а это даст возможность хоть незначительно, что уменьшить площадь тепловоспринимающей панели или увеличить скорость нагрева воды в баке-аккумуляторе, Дополнительная тепловоспринимающая панель на. обратных патрубках увеличивает эффективность поглощения инфракрасного излучения и тем самым уменьшит тепловые потери в окружающую среду. Увеличивать нагрев обратных патрубков или дополнительной тепловоспринимающей панели будет и циркуляция воздуха в зазоре между ними и первой основной тепловоспринимающей панелью, Применение светоотражающих панелей по вышеуказанным признакам и установка СК плоскостью перпендикулярно СИ в зимний период повышает среднегодовую эффективность установки и позволяет повысить экономичность использования солнечной энергии, т.к. в зимний период установка будет получать максимальное количество тепла, а летний максимум тепла будет занижен и поэтому уменьшается вероятность перегрева СК, Этому будет способствовать и возможность регулировки угла раскрытия светоотражающих панелей и регулирование положения СК относительно СИ, Повышению эффективности способствует и достижение воэможности увеличения соотношения высоты бака-аккумулятора к его толщине (без увеличения его объема) не менее чем в 2 раза, что значительно увеличивает стратификацию теплоносителя в баке-аккумуляторе, а зто увеличивает разность температур теплоносителя на входе в бак-аккумулятор и на выходе из него, т,е. эффективность системы с высокой разностью температур будет практически равна эффективности многоцикловой системы с более низкой разностью температур.

2. Упрощается конструкция установки и ее габариты из-за достижения возможности использования бака-аккумулятора дополнительно как обратный и прямой гидравлические коллекторы.

3. Упрощается конструкция установки и ее габариты из-за достижения возможности использования передней стенки бака-аккумулятора в качестве светоотражающей панели, т,к, отпадает необходимость в изготовлении специальной светоотражающей панели и специального жесткого крепления и тем самым увеличивается надежность эксплуатации установки при сильном ветре.

4. Увеличивается надежность установки и за счет двух отдельных светоотражающих панелей, т.к, ими можно закрывать (простым поворотом на шарнире) плоскость СК и тем самым защищать остекление СК, например, при транспортировке или при эксплуатации, например, от песка и камней при сильном ветре или от града при грозе.

На фиг. 1 показана установка в продольном сечении.

На фиг, 2 показана установка в боковой проекции с отдельными отражающими панелями. На фиг, 3 показан фрагмент поперечного сечения солнечного коллектора.

Гелиоводонагревательная установка, изображенная на фиг. 1, содержит плоский солнечный коллектор (СК) 1 в виде тепловоспринимающей панели 2 (фиг. 3) с теплоотводящими каналами 3. Тепловоспринимающая панель 2 с каналами 3 расположена по всей плоскости СК и закрыта, например, стеклом 4, Тепловоспринимающая панель 2 с каналами 3 может быть выполнена или в виде "труба в листе", или в виде отдельных труб и рифленой панели, или штампованно-сварной из алюминия, стали, меди или даже из пластмассы, С СК конструктивно совмещен бак-аккумулятор 5 емкостью 50...100 л на 1 м СК(в зависимо2 сти от широты местности эксплуатации установки и плотности потока солнечного излучения (СИ), CK и бак-аккумулятор теплоизолированы от окружающей среды пенопластом или минеральной ватой, Бак-аккумулятор выполнен из стали, алюминия или пластмассы, Высота бака (вместе с теплоизоляцией) равна половине длины (высоты) СК, Передняя стенка 6 бака расположена под углом 126 „,128 к плоскости СК, выполнена плоской и светоотражающей.

Выбранные соотношения длины СК и высоты стенки 6, а также углы расположения стенки 6 обеспечивают отражение СИ на

1816937

35

55 всю плоскость СК при падении лучей СИ под прямым углом к плоскости СК. Светоотражающая поверхность стенки 6 получена, например, или путем полировки материала, из которого она выполнена (сталь, алюминий), или гальваническим осаждением блестящего покрытия, или плазмохимическим напылением, отражающего покрытия. Длина бака 5 равна ширине СК1, а ширина бака равна не более 1/2 высоты бака. Каждый канал 3 СК сообщен с баком-аккумулятором

5 прямым 7 и обратным 8 патрубками, Площадь сечения канала 3 меньше или равна площади сечения патрубков 7, 8, а бак-аккумулятор 5 является одновременно прямым и обратным гидравлическим коллектором для них. Обратные патрубки 8 расположены под тепловоспринимающей панелью 2 без теплоизоляции от нее и могут быть снабжены дополнительной тепловоспринимающей панелью 9, при этом патрубки 8 и панель 9 могут быть выполнены также как и каналы 3 с панелью 2. СК1 и бак-аккумулятор 5 заполнены водой 10 (теплоноситель);

Гелиоводонагревательная установка, изображенная на фиг. 2 содержит отдельную светоотражающую панель 11, закрепленную посредством шарнира 12 (например, в виде рояльной петли) и имеющей возможность фиксации по углу раскрытия от 0 до 128, например, посредством ограничителя 13 с продольным пазом. Кроме того, установка может содержать аналогичную светоотражающую панель 14 на противоположном конце СК, Установка установлена плоскостью СК под прямым углом к лучам СИ в период зимнего солнцестояния для данной широты местности.

Направление лучей СИ в зимний и летний период эксплуатации показан на фиг, 1.

Установка может быть закреплена на месте эксплуатации посредством шарнира

15, расположенного под СК по центру тяжести установки или выше его. Фиксировать установку в этом случае можно ограничителями (аналогичными ограничителям 13) в нижней части СК.

Работает установка следующим образом, При падении лучей СИ перпендикулярно плоскости СК на тепловоспринимающую панель 2 будет поступать как прямое СИ так и отраженное от стенки 6 или панелей 11, 14. Тепловая энергия от панели 2 будет передаваться каналам 3, нагревая находящуюся в них воду 10. При нагреве воды в каналах 3 возникнет градиент плотности ее по отношению к воде, находящейся в бакеаккумуляторе 5, в результате чего возникнет естественная (термосифонная) циркуляция воды, т,е. нагретая вода будет поступать по прямым патрубкам 7 в верхнюю часть бака, а холодная вода из нижней части бака будет поступать в обратные патрубки 8 и далее в каналы 3. Исходя из условий теплопередачи (физических законов) температура панели 2 будет всегда выше температуры воды в каналах 3 (особенно по центру между каналами) и поэтому тепловая энергия будет рассеиваться и в окружающее пространство в виде инфракрасного излучения и за счет кон еенции воздуха в воздуш н ых зазорах.

Часть такого, хоть и незначительного, тепла будет восприниматься обратными патрубками 8, передавая его поступающей из бака воде и уменьшая количество циклов нагрева всей воды, Этому же будет способствовать и хорошая стратификация воды в баке за счет необходимого соотношения (min 1 к

2...3) ширины бака и его высоты. Дополнительная тепловоспринимающая панель 3 увеличит поступление тепла к патрубкам 8 и еще больше уменьшит передачу тепла в окружающую установку среду. Изменяя угол раскрытия панелей 11, 14 и поворачивая установку на шарнире 15 можно регулировать поступление солнечной энергии на СК в любое время года, увеличивая или уменьшая его при необходимости. Кроме того, во время пыльных бурь и грозы с градом панелями 11 и 14 можно закрывать СК, предохраняя стекло 4 от повреждения и загрязнения, Для потребления горячей воды достаточно подать холодную воду через отдельный патрубок в нижнюю часть бака 5, которая будет вытеснять горячую воду через отдельный патрубок в верхней части бака.

Возможны и другие варианты (например, как в прототипе). Для слива воды из установки необходимо, например, слить воду через отдельный патрубок в нижней части бака, затем повернуть установку на шарнире 15, чтобы вода вытекла из каналов 3 и патрубков 7, 8. (Расположение шарнира 15 по центру тяжести установки позволит сделать это легко), Предлагаемая установка имеет более высокую эффективность и экономичность использования солнечной энергии за счет более полного использования тепловой энергии, передающейся от нее в окружающую среду, хорошей стратификации воды в баке-аккумуляторе, достижения возможности регулирования поступления СИ на СК для любого времени года, дополнительного увеличения ее поступления в зимнее время и уменьшения — в летнее время простыми, надежными и малогабаритными средствами. Упрощается конструкция установки и ее

1816937

Формула изобретения

1, Гелиоустановка, содержащая бак-аккумулятор, выполненный за одно целое с солнечным коллектором, в последнем размещена теплопоглощающая панель с рядом каналов для прохода теплоносителя, подключенные через прямой и обратный труФиг. 2 йлнечное цзлу енае

Составитель А.Петлин

Техред М.Моргентал

Редактор Т,Шагова

Корректор С.Юско

Заказ 1715 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 габариты из-за достижения возможности использования бака-аккумулятора дополнительно как гидравлические прямой и обратный коллекторы и выполнения передней стенки бака в качестве светоотражающей панели, а также за счет использования отдельных светоотражающих панелей в качестве защитных при пыльных бурях и грозе с градом. бопроводы к баку-аккумулятору, о т л и ч аю щ а я с я тем. что. с целью повышения эффективности использования солнечной энергии, каналы подключены к баку-аккуму5 лятору через ряд прямых и обратных каналов непосредственно, причем обратные каналы расположены с зазором под теплопоглощающей панелью.

2, Гелиоустановка по и. 1, о т л и ч а ю10 щ а я с я тем, что обратные каналы снабжены дополнительной теплопоглощающей панельюю.

3. Гелиоустановка по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем. что стенка бака-аккумулятора, 15 обращенная к солнечному коллектору. выполнена отражающей солнечное излучение на солнечный коллектор.