Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель



Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель
Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель
Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель
Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель
Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель

 


Владельцы патента RU 2535193:

Ясаков Николай Васильевич (RU)

Изобретение относится к солнечным теплоустановкам и может быть использовано в целях теплоснабжения жилых и производственных помещений и других объектов, а также для иных бытовых и технологических нужд. Коллектор имеет в качестве абсорбера упругую панель, создающую в замкнутой полости при своей деформации избыточное давление, как в диафрагменном насосе. Деформация панели в циклическом режиме обеспечивается нагреваемыми солнечным излучением теплочувствительными элементами. Такая конструкция коллектора с системой клапанов обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе солнечного теплоснабжения без электроприводных нагнетателей даже при наиболее распространенном расположении коллектора выше теплоснабжаемых объектов. Кроме того, коллектор-нагнетатель снабжен энергонезависимым устройством самоориентации на источник излучения в виде, например, воспринимающей солнечное излучение теплочувствительной трехслойной пластины, кинематически связанной с поворотным основанием коллектора. Таким образом, солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель обеспечивает эффективное преобразование солнечной энергии практически в любых условиях ее использования без применения известных электроприводных систем подачи теплоносителя и систем ориентации солнечных коллекторов. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области энергетики, в частности к солнечным энергоустановкам, и может быть использовано для отопления жилых и производственных помещений, других объектов, а также в иных бытовых и технологических целях.

Во всех известных солнечных коллекторах (СК), располагаемых, как правило, выше подключаемых к ним объектов, необходимым элементом схемы теплообмена является нагнетатель для обеспечения циркуляции теплоносителя, так как при таком расположении нагревателей естественная конвекция невозможна.

Использование нагнетателей, как и систем ориентации СК, требует для работы их приводов наличия энергоисточника, а также обслуживания и контроля их исправности.

Все это усложняет эксплуатацию данных систем, а при отсутствии энергоисточника для привода нагнетателя даже исключает саму возможность их использования.

Альтернативные технические решения по обеспечению принудительной конвекции жидкого либо газообразного теплоносителя, а также самонаведения СК на источник излучения без использования внешнего энергоисточника пока не известны.

Задачей разработки заявляемого устройства является создание конструкции энергонезависимого самонаводящегося СК, обеспечивающего циркуляцию теплоносителя.

Согласно изобретению, задача решается путем замены в известных СК пассивных абсорберов подвижными теплопоглощающими панелями, перемещающимися внутри коллектора под действием теплочувствительных элементов (ТЧЭ), а также использованием последних и в приводе устройства самонаведения СК.

А именно, для решения указанной задачи солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель, содержащий абсорбер с прозрачным ограждением, а также устройство самоориентации на источник излучения, согласно изобретению, имеет деформирующийся при нагревании абсорбер, обеспечивающий, подобно известному диафрагменному насосу, циркуляцию теплоносителя в системе солнечного теплоснабжения, а также снабжен энергонезависимым устройством его самоориентации на источник излучения в виде, например, нагреваемой солнцем теплочувствительной пластины, закрепленной на опорной конструкции и кинематически связанной с поворотным основанием коллектора.

Подвижные теплопоглощающие панели, перемещаемые теплочувствительными элементами, подобно рабочей пластине диафрагменного насоса, циклически изменяют объем полости коллектора, обеспечивая всасывание теплоносителя, а затем проталкивая его в отходящий канал. (Кстати, такой принцип работы применим и для иных теплообменников с целью обеспечения циркуляции нагреваемого теплоносителя без электроприводных нагнетателей.)

Применение теплочувствительной пластины в приводе ориентации СК позволяет отслеживать положение солнца, автоматически наводить на него коллектор и таким образом в продолжение всего светового дня поддерживать его оптимальное облучение без использования систем слежения, подключаемых к какому-либо энергоисточнику.

Устройство солнечного коллектора-нагнетателя поясняется показанным на фиг.1 его общим видом, на фиг.2 - видом сверху, а также упрощенными изображениями сечений верхней части коллектора - на фиг.3, клапана отводящего канала - на фиг.4 и клапана на канале подачи теплоносителя - на фиг.5.

Каркас коллектора составляют рамы 1 с прозрачными ограждениями 2, а также примыкающие приточные трубы 3 и отводящая труба 4, сообщающиеся с полостью коллектора через отверстия в их стенках. Эта полость замкнута с тыльной стороны коллектора гибкой панелью абсорбера 5, а сверху и снизу - эластичными вставками 6. Трубы 3 и 4 соединены с системой обогрева соответственно через клапаны 7 и 8, являющиеся по своей конструкции обратными клапанами. Клапан 8 отводящего канала имеет нелинейную характеристику с максимальным усилием при открывании, что достигается известными способами, например с помощью постоянного магнита.

Нагнетающим элементом коллектора является гибкая панель абсорбера 5, форма которой зависит от температуры. Эта зависимость может быть реализована различными известными способами: изготовлением самой панели из термобиметаллического листа либо из листового металла с большим коэффициентом температурного расширения (в последнем случае панель двумя противоположными кромками жестко упирается в контур рамы 1). При такой конструкции сами пластины являются теплочувствительными элементами. В другом варианте гибкий, с хорошей теплопроводностью абсорбер 5 примыкает к жесткой задней стенке, а между ними содержится тонкий слой жидкости с пониженной температурой испарения. Известны и другие способы, например с использованием ТЧЭ из материалов с эффектом запоминания формы.

Освещаемая сторона абсорбера 5 имеет светопоглощающее покрытие. Тыльная сторона коллектора теплоизолирована. Все стыки оснащены уплотнением 9.

И наконец, при газообразном теплоносителе его «энергонезависимая» циркуляция может быть обеспечена даже при жесткой конструкции коллектора в виде, например, плоского металлического ящика с внутренними продуваемыми каналами (либо в виде трубы, свернутой в плоскую плотную спираль), с теплопоглощающим наружным покрытием и прозрачным теплоизолирующим ограждением, при наличии тех же клапанов 7 и 8.

Привод для самоустановки коллектора на источник излучения имеет, например, такое устройство. На опорной конструкции СК консольно закреплена пластина 10, плоскость которой совпадает с плоскостью меридиана. Эта пластина состоит из двух внешних зачерненных полос с большим коэффициентом температурного расширения, разделенных гибкой теплоизолирующей проставкой. Свободный конец пластины 10 кинематически связан с поворотным каркасом коллектора (см. фиг.1). Для защиты от теплопотерь и непогоды данная пластина заключена в прозрачный пенал (на чертеже не показан), не препятствующий ее изгибу при нагревании. В целях упрощения поворотной конструкции СК его отводящую трубу 4 можно соединить с внешним контуром гибкой вставкой (шлангом), а в поворотном узле оставить только приточный канал.

Солнечный коллектор-нагнетатель работает так. Нагреваемый лучами абсорбер 5 под действием возникающих при этом напряжений изгибается в сторону прозрачного ограждения и создает избыточное давление в полости коллектора, т.к. оба клапана 7 и 8 закрыты, а уплотнения 9 обеспечивают необходимую герметизацию. По достижении в этой полости предельного расчетного давления клапан 8 резко открывается из-за круто спадающей силы противодействия его возвратного устройства, при этом основная часть нагретого теплоносителя продавливается через отводящую трубу 4. Когда же избыточное давление в полости исчезнет, сбрасываемый поток благодаря своей инерции успеет ее "промыть" холодным теплоносителем из приточной трубы 3 через открывшийся клапан 7, а абсорбер 5 от быстрого охлаждения возвратится в исходное положение. С прекращением потока теплоносителя оба клапана закроются.

Форма деформирующейся панели абсорбера 5 при исполнении с "шарнирной" подвижностью (т.е. без защемления) в местах крепления к раме 1 зависит от варианта конструкции: в случае использования биметалла - близка к сегменту цилиндра. При ограниченном рамой 1 пространстве профиль прогибающейся от нагрева панели из однослойного металла имеет вид "эластики Эйлера":

y = A sin π x L .

где А - постоянная, х - осевая координата (вдоль длины пластины L),

(Николаи Е.Л. Труды по механике. М.: Гос. изд-во тех-теор. литературы, 1955. С.584) В случае воздействия на панель давления испаряющейся жидкости, заключенной между задней стенкой СК и панелью, профиль последней описывается известной из сопромата формулой для опертой по концам балки с прогибом от равномерно распределенной нагрузки.

v = a 24 E J x ( 2 L x 3 x 4 L 3 x ) .

При всех приведенных вариантах деформации абсорбер 5 при своем максимальном расчетном прогибе (см. штрихпунктирную линию на фиг.2) способен обеспечить выброс из полости коллектора основного объема нагретого теплоносителя. Продолжительность рабочего цикла в любом случае зависит от исходной температуры теплоносителя и интенсивности его нагрева в коллекторе.

Устройство самонаведения коллектора на источник излучения, предусмотренный для повышения этой интенсивности, действует следующим образом. В полдень, когда обе внешние поверхности консольно закрепленной пластины 10 имеют одинаковую температуру, СК своей передней стенкой обращен к югу (в северном полушарии), т.е. в направлении, практически совпадающем с плоскостью пластины 10. При неодинаковом нагреве ее внешних поверхностей, когда источник излучения не находится в ее плоскости, она изгибается в сторону более холодной поверхности и поворачивает коллектор в сторону источника излучения. Величина прогиба пластины 10 определяется перепадом температур ее сторон, а последний зависит от положения солнца: чем больше оно отклонено к востоку или западу, тем меньше наклон его лучей к освещаемой поверхности пластины 10 и тем выше температура этой поверхности. Следовательно, коллектор своей передней стороной всегда будет повернут к солнцу.

Описанная конструкция оптимизирует работу коллектора в течение светового дня.

Таким образом, заявляемый солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель обеспечивает эффективное преобразование солнечной энергии практически в любых условиях ее использования без применения известных электроприводных нагнетателей теплоносителя и следящих систем.

1. Солнечный самонаводящийся коллектор-нагнетатель, содержащий абсорбер с прозрачным ограждением, а также устройство самоориентации на источник излучения, отличающийся тем, что он имеет деформирующийся при нагревании абсорбер, обеспечивающий, подобно известному диафрагменному насосу, циркуляцию теплоносителя в системе солнечного теплоснабжения.

2. Коллектор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен энергонезависимым устройством его самоориентации на источник излучения в виде, например, нагреваемой солнцем теплочувствительной пластины, закрепленной на опорной конструкции и кинематически связанной с поворотным основанием коллектора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в качестве устройства поворота приемников солнечной энергии (следящей системы) в установках, преобразующих энергию излучения Солнца в другие виды энергии.

Изобретение относится к устройствам солнечной энергетики и может найти применение при конструировании и изготовлении установок с фотоэлектрическими модулями, требующими как одноосного, так и двухосного слежения за солнцем.

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к устройствам, которые используются для ориентации рабочей поверхности солнечных модулей, водонагревателей (гелиосистем) и т.д.

Изобретение относится к солнечным установкам с функциями подогрева и выработки электроэнергии, включающим в себя, по меньшей мере, солнечный концентратор, приспособленный к приведению в действие механизмов, способных ориентировать себя к солнцу в течение дня таким образом, чтобы получать максимальное количество солнечной энергии для нагревания и аккумулирования жидкостей для различных применений и для выработки электрической энергии с высокими энергетическими КПД.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии и может быть применено в устройствах солнечных батарей и предназначено для теплоснабжения домов, коттеджей, предприятий, зданий сельскохозяйственного и другого назначения.

Изобретение относится к установке для выработки электроэнергии, а именно к установке для выработки электрической энергии с использованием солнечной энергии. .

Изобретение относится к водонагревателям, в частности к установке для подогрева воды с использованием солнечной энергии. .

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в солнечных электростанциях на основе фотоэлектрических преобразователей. .

Изобретение относится к области гелиотехники и предназначено для энергоснабжения объектов сельскохозяйственного и индивидуального назначения. Фотоэлектрическая тепловая система содержит, по меньшей мере, один солнечный тепловой коллектор, трубопровод подачи жидкости в солнечный тепловой коллектор, трубопровод отвода жидкости из солнечного теплового коллектора в бак-аккумулятор (термос), при этом трубопровод подачи жидкости в солнечный тепловой коллектор соединен, по меньшей мере, с одним фотоэлектрическим тепловым модулем, расположенным уровнем ниже солнечного теплового коллектора и соединенным последовательно с ним, при этом подача жидкости в фотоэлектрический тепловой модуль осуществляется через трубопровод из напорного бака, установленного выше уровня солнечного теплового коллектора, по меньшей мере, в один из трубопроводов вмонтирован соленоидный клапан, имеется, по меньшей мере, одно термореле с индивидуальным для фотоэлектрического теплового модуля или солнечного теплового коллектора датчиком, причем управляющие контакты соленоидного клапана подключены и коммутируются с помощью термореле, при этом солнечный тепловой коллектор и фотоэлектрический тепловой модуль выполнены в виде приемников солнечного излучения, представляющих собой резервуары, которые имеют форму прямоугольного параллелепипеда, а на рабочей поверхности резервуара фотоэлектрического теплового модуля расположена батарея солнечных элементов, внутри резервуаров фотоэлектрического теплового модуля и солнечного теплового коллектора параллельно рабочей поверхности с зазором относительно ее расположена перегородка, не достигающая верхней и нижней стенки резервуара.

Изобретение относится к ветровой энергетике и может быть использовано в сушилках и отоплении промышленных и другого назначения объектов. .

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплохладоснабжения. .

Изобретение относится к теплонасосной системе, используемой для отопления или охлаждения зданий, например - обеспечения горячей водой. .

Изобретение относится к способу изготовления абсорбционной панели для солнечных коллекторов из металлической ленты, в частности из алюминия или алюминиевого сплава.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к устройствам для преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую, и может быть использовано для обеспечения объектов бытового и промышленного назначения горячей водой в условиях северных территорий с низкой освещенностью, при высоких снежных нагрузках и с низкими температурами.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, а именно к энергетическим установкам эффективного нагрева воды и сохранения нагретой воды длительное время. .

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева жидкого теплоносителя, а также в электрическую энергию.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучение Солнца в тепловую энергию для нагрева воздушного и жидкого теплоносителей, а также в электрическую энергию.

Изобретение направлено на повышение прочности и производительности солнечного коллектора. В солнечном коллекторе содержатся два боковых профиля, каждый из которых выполнен в виде вертикальной стенки, имеющей на концах утолщения с направляющими пазами, перпендикулярными стенке, прозрачное ограждение, выполненное из стекла, закрепленного по боковым сторонам в верхних пазах боковых профилей, задняя стенка, закрепленная по боковым сторонам в нижних пазах боковых профилей, абсорбер с трубками для протока теплоносителя, расположенный между стеклом и задней стенкой, тепловая изоляция, размещенная между абсорбером и задней стенкой, причем полости боковых профилей между пазами заполнены боковой тепловой изоляцией. На верхнем профилированном утолщении выполнен вертикальный гребень, начинающийся от внутреннего края верхнего утолщения вертикальной стенки и заканчивающийся у поверхности лучеприемной панели абсорбера. 2 ил.
Наверх