Установка горячего водоснабжения

 

Использование: в гелиоэнергетике для получения горячей воды для бытовых целей. Сущность изобретения: гелиоприемник выполнен не менее чем из двух солнечных коллекторов 1, 2, соединенных между собой параллельно гибкой связью 13. В прямом и обратном трубопроводах 2, 4 установлены распределительные устройства 14, 15 для отбора горячей воды и подачи холодной. Патрубок 6 подачи холодной воды соединен с распределительным устройством 15, установленным в обратном трубопроводе 4, а патрубок 7 отбора горячей воды - с распределительным устройством 14, установленным в прямом трубопроводе 3. Входной участок обратного трубопровода 4 установлен в полости бака-аккумулятора 5 и жестко соединен с разделительной сеткой 10, снабженной устройством 17 ее перемещения по высоте бака относительно поплавка 8. Для удаления воздуха в прямом трубопроводе 3 введен уровнемер 19, сообщающийся с атмосферой для удаления воздуха из установки. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к гелиоэнергетике и может применяться для получения горячей воды при использовании солнечной энергии.

Известна установка горячего водоснабжения, содержащая гелиоприемник, соединенный гибкими прямым и обратным трубопроводами с размещенным выше него баком-аккумулятором, в котором расположены теплоизолирующий поплавок, разделительная сетка под ним и в полости между ними выходной участок прямого трубопровода [1] К недостаткам известного технического решения можно отнести перемешивание горячей и холодной воды в баке-аккумуляторе, повышенные потери тепла, что приводит к снижению температуры отбираемой воды.

Известна также установка горячего водоснабжения, содержащая солнечный коллектор и расположенный выше него бак-аккумулятор, заполненный водой с размещенным в нем поплавком и сообщающийся с коллектором при помощи прямого и обратного трубопроводов, а с потребителем при помощи отводящего трубопровода, причем все трубопроводы выполнены гибкими и прикреплены к поплавку на разных уровнях, обеспечивая определенную высоту отбираемого слоя воды [2] Недостатками известного технического решения являются снижение температуры отбираемой воды вследствие перемешивания с холодной водой из нижней части бака-аккумулятора и охлаждения ее при протекании через слой холодной воды в баке-аккумуляторе, а также низкий КПД установки ввиду подачи на вход в коллектор горячей воды из отбираемого слоя воды.

Наиболее близким по своей технической сущности техническим решением является установка горячего водоснабжения, содержащая гелиоприемник, сообщающийся по воде гибким прямым и обратным трубопроводами с расположенным над ним баком-аккумулятором, снабженным отводящим патрубком и теплоизолирующим поплавком с отверстием с отогнутыми вниз краями и с разделительной сеткой. Разделительная сетка выполнена в виде плоского листа и примыкает к отогнутым краям поплавка, а входной участок отводящего патрубка установлен в полости бака-аккумулятора с возможностью перемещения его по высоте вместе с разделительной сеткой, с которой он скреплен [3] Недостатком известного технического решения является относительно низкая температура отбираемой воды вследствие подачи ее в обратный трубопровод из нижней, холодной части бака-аккумулятора и охлаждения отбираемой воды при прохождении ее через слой воды в баке-аккумуляторе. Кроме того, в течение светового дня имеет место неравномерность подогрева воды в установке, вызванная изменяющимся положением Солнца относительно гелиоприемника (этот недостаток присущ и рассмотренным выше аналогам).

Достигаемым техническим положительным результатом изобретения является повышение температуры горячей воды, отдаваемой потребителю, возможность получения желаемого, в частности, более равномерного нагрева ее в течение светового дня, увеличение КПД установки.

Положительный результат имеет место вследствие введения совокупности новых существенных признаков, обеспечивающих оптимальные схемы и режимы работы установки путем перераспределения горячей и холодной воды.

Этот результат достигается тем, что гелиоприемник выполнен не менее чем из двух солнечных коллекторов, соединенных между собой параллельно гибкой связью, выходные штуцеры коллекторов соединены посредством гибкой связи через выходной соединительный узел с прямым трубопроводом, а входные штуцеры соединены посредством гибкой связи через входной соединительный узел с обратным трубопроводом, в прямом и обратном трубопроводах установлены соответственно вновь введенные распределительные устройства для отбора горячей воды и подачи холодной, патрубок подачи холодной воды соединен с распределительным устройством, установленным в обратном трубопроводе, патрубок отбора горячей воды соединен с распределительным устройством, установленным в прямом трубопроводе, входной участок обратного трубопровода установлен в полости бака-аккумулятора и жестко соединен с разделительной сеткой, которая снабжена устройством ее перемещения по высоте бака относительно поплавка, при этом вновь введенная воздухоотводная трубка (уровнемер) одним торцом соединена через выходной соединительный узел с прямым трубопроводом, а другим торцом сообщается с атмосферой.

На фиг.1 схематически изображена предложенная установка горячего водоснабжения; на фиг.2, 3 представлены варианты выполнения распределительных устройств для отбора и подачи воды; на фиг. 4,5 различные рабочие положения распределительных устройств.

Предложенная установка горячего водоснабжения содержит солнечные коллекторы 1, 2; прямой трубопровод 3, обратный трубопровод 4, бак-аккумулятор 5, патрубок подачи холодной воды 6, патрубок отбора горячей воды 7, теплоизолирующий поплавок 8, отверстие 9, разделительную сетку 10, полость 11, выходной участок 12 прямого трубопровода, гибкую связь 13, распределительные устройства для отбора горячей воды 14 и для подачи холодной воды 15, входной участок 16 обратного трубопровода, устройство 17 перемещения сетки относительно поплавка, выходной соединительный узел 18, уровнемер 19 (воздухоотводная трубка) и входной соединительный узел 20.

Солнечные коллекторы 1 и 2 с помощью прямого 3 и обратного 4 гибких трубопроводов соединены с баком-аккумулятором 5, расположенным выше коллекторов 1 и 2. Холодная вода подается в установку через патрубок подачи холодной воды 6, нагретая вода отводится из установки через патрубок отбора горячей воды 7. Бак-аккумулятор 5 заполняется водой, в которой находится теплоизолирующий поплавок 8 с отверстием 9 и разделительной сеткой 10 в виде плоского листа, подвижно соединенной с поплавком 8. Между поплавком 8 и разделительной сеткой 10 образована заполненная водой полость 11, в которой размещается выходной участок 12 прямого трубопровода 3. Солнечные коллекторы 1 и 2 соединены между собой параллельно с помощью гибкой связи 13, позволяющей изменять положение коллекторов относительно друг друга (в качестве гибкой связи могут использоваться, например, сильфоны или гибкие трубопроводы) и подключены к прямому трубопроводу с помощью выходного соединительного узла 18, а к обратному трубопроводу с помощью входного соединительного узла 20. Штуцеры коллекторов 1, 2 непосредственно соединены с помощью гибкой связи 13 со штуцерами соединительных узлов 18 и 20, поэтому количество штуцеров в узлах будет определяться числом солнечных коллекторов в установке. Распределительные устройства для отбора горячей воды 14 и для подачи холодной воды 15 размещены соответственно в прямом 3 и обратном 4 трубопроводах и служат для изменения направления потоков горячей и холодной воды в прямом 3 и обратном 4 трубопроводах. В качестве распределительных устройство 14 и 15 можно использовать, например, краны-тройники (см.фиг.2), тройники с зажимами на гибких присоединяемых трубопроводах (см.фиг.3), обычные запорные краны в комбинации с тройниками. Входной участок обратного трубопровода 16 жестко прикреплен к разделительной сетке 10, соединенной в свою очередь с устройством 17 перемещения сетки относительно поплавка 8 (например, в виде перемещающихся вдоль оси поплавка стержней, тросиков, механически закрепляемых на поплавке). В выходной соединительный узел 18 введен уровнемер 19, своим верхним концом сообщающийся с атмосферой.

Установка работает следующим образом.

При отсутствии отбора горячей воды в патрубок 7 нагретая в солнечных коллекторах 1, 2 вода по прямому трубопроводу 3 подается в полость 11, а по обратному трубопроводу 4 возвращается из полости 11 в коллекторы 1, 2. Происходит прогрев жидкости в полости 11, при этом распределительные устройства 14, 15 соединяют коллекторы 1, 2 с полостью (положение кранов-тройников представлено на фиг.4). При необходимости отбора горячей воды в патрубок 7 в зависимости от потребности возможны различные варианты отбора, а именно: при необходимости получить воду с максимальной температурой производится ее забор из полости 11 с помощью входного участка 16 обратного трубопровода 4, и после подогрева в коллекторах 1, 2 через устройство 14 горячая вода поступает в патрубок отбора горячей воды 7. При этом кран устройства 15 находится в положении, представленном на фиг.4, а кран устройства 14 в положении на фиг.5; меньшую температуру горячей воды можно получить, отбирая с помощью устройства 14 горячую воду в патрубок 7 или из полости 11 непосредственно, или одновременно из полости 11 и коллекторов 1,2 (положение крана устройства 14 представлено на фиг.2, при этом обеспечивается максимальный расход горячей воды); при необходимости получения воды с относительно невысокой температурой при относительно малом перепаде температуры на входе-выходе установки (например, при подогреве холодной артезианской воды, используемой для полива) холодная вода через патрубок 6 может непосредственно подаваться на вход коллекторов 1, 2 во входной узел 10 и после нагрева в них в патрубок отбора 7. (Краны устройств 14, 15 находятся в положении, представленном на фиг.5). Заполнение водой из патрубка 6 бака-аккумулятора 5 следует также производить через коллекторы 1, 2 (Кран устройства 14 находится в положении, представленном на фиг.4), так как при подаче холодной воды обеспечивается максимальный КПД установки.

Использование гелиоприемника из двух или более коллекторов, соединенных с помощью гибкой связи, позволяет получать желаемый, в частности, более равномерный нагрев отбираемой воды в течение светового дня посредством индивидуальной ориентации каждого из коллекторов относительно южного направления. При использовании двух коллекторов большая по сравнению с прототипом равномерность нагрева воды, отдаваемой потребителю в течение дня, достигается, например, при ориентации одного из коллекторов на юго-запад, а другого на юго-восток. Установив каждый коллектор в фиксированном положении, можно получить необходимый режим нагрева отбираемой воды в течение светового дня.

Устройство перемещения сетки относительно поплавка 17 позволяет существенно повысить эффективность работы установки по сравнению с прототипом. При необходимости быстрого получения горячей воды с максимально возможной температурой разделительная сетка 10 поднимается как можно ближе к поплавку 8, создавая минимальный объем полости 11. Происходит быстрый нагрев находящейся в полости 11 воды и ее отбор потребителем. Соответственно при опускании сетки 10 относительно поплавка 8 увеличивается объем полости 11 и находящейся в ней воды, которая поступает в обратный трубопровод. При опускании сетки 10 на дно бака-аккумулятора 5 производится забор воды в обратный трубопровод с последующим нагревом ее в коллекторах из всего объема бака-аккумулятора аналогично прототипу.

Как показал опыт эксплуатации подобных установок горячего водоснабжения при работе установки из воды может выделяться воздух (чаще всего на нагретых поверхностях) и накапливаться в контуре с последующим возможным прекращением циркуляции, если не принять мер к удалению воздуха. Для облегчения удаления воздуха из установки при работе и заполнении ее водой и одновременного контроля уровня воды в баке-аккумуляторе используется сообщающийся с атмосферой уровнемер, например, в виде прозрачной (стеклянной) трубки с открытым верхним концом, подключенной к выходному соединительному узлу 18 параллельно баку-аккумулятору 5.

Таким образом, предлагаемая установка по сравнению с прототипом позволяет существенно повысить температуру горячей воды, отдаваемой потребителю, как за счет создания минимального объема полости между поплавком и разделительной сеткой, так и за счет отбора горячей воды сразу после ее выхода из коллекторов, без подачи в бак. Применение гелиоприемника из двух и более коллекторов, соединенных гибкой связью, каждый из которых ориентирован соответствующим образом, позволяет получить желаемый нагрев воды в течение светового дня, а использование распределительных устройств в трубопроводах позволяет повысить КПД установки за счет непосредственной подачи холодной воды в коллекторы.

Установки подобного типа могут с успехом применяться на дачных и садовых участках для получения горячей воды, используемой в душевых кабинах, на кухнях для полива, для обогрева теплиц, домов и т.д. Представляется перспективным использование подобных установок для непосредственного подогрева холодной проточной воды (например, артезианской или из горных рек), используемой для полива, в горных животноводческих районах горячая вода, накопленная в баке-аккумуляторе, может с успехом использована в быту, а подогретая вода горных рек для животноводческих комплексов. На предприятии в настоящее время закончена разработка КД и изготавливается первая партия установок горячего водоснабжения.

Формула изобретения

УСТАНОВКА ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ, содержащая гелиоприемник, соединенный гибким прямым и обратным трубопроводами с расположенным над ним баком-аккумулятором, патрубки подачи холодной и отбора горячей воды и теплоизолирующий поплавок, имеющий отверстие и образующий с размещенной под ним разделительной сеткой в виде плоского листа полость, в которой размещен выходной участок прямого трубопровода, отличающаяся тем, что гелиоприемник выполнен по меньшей мере из двух солнечных коллекторов, параллельно подсоединенных гибкими связями через входной и выходной соединительные узлы к обратному и прямому трубопроводам, патрубки отбора горячей и подачи холодной воды подсоединены к установленным на прямом и обратном трубопроводах распределительным устройствам, входной участок обратного трубопровода установлен в баке-аккумуляторе и жестко соединен с разделительной сеткой, снабженной устройством для ее перемещения по высоте бака-аккумулятора относительно поплавка, а к выходному соединительному узлу дополнительно подсоединен уровнемер, сообщающийся с атмосферой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5