Гелиосистема
Владельцы патента RU 2546902:
Бражнев Сергей Михайлович (RU)
Шепеть Игорь Петрович (RU)
Бондаренко Дмитрий Викторович (RU)
Хабаров Алексей Николаевич (RU)
Литвин Дмитрий Борисович (RU)
Литвина Екатерина Дмитриевна (RU)
Слесаренок Сергей Владимирович (RU)
Захарин Александр Викторович (RU)
Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения. Гелиосистема содержит жидкостную емкость 1 с прозрачным ограждением 2, заполненную низкокипящим теплоносителем 3, и паровую емкость 4 с теплоизоляционной крышкой 5 и теплообменником 6. Обе емкости соединены трубой 7 и переливной трубкой 8 для движения пара и сконденсировавшейся жидкости. В жидкостной емкости имеется контейнер 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом, выполненный как оребренный теплообменник с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность. Теплообменник 6 с подающим 11 и обратным 12 трубопроводами соединен трехходовым вентилем 13 к теплообменникам 14 и баком-аккумулятором 15 и образует второй замкнутый контур с таким же теплоносителем. Контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность, например из композитных материалов с высокой теплопроводностью. Конструкция контейнера 10 такова, что поверхность соприкосновения теплоносителя увеличена, что приводит к повышению эффективности теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю при отсутствии солнечного излучения и в обратном направлении при наличии солнечного излучения. 1 ил.
Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения.
Известна гелиосистема солнечного теплоснабжения [1], которая включает коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, и подключенный к последней оребренный конденсатор. Гелиосистема дополнительно содержит теплообменник и подсоединенный к нему с образованием замкнутого контура бак-аккумулятор, а коллектор снабжен установленной в жидкостной зоне трубкой с выведенным из коллектора нижним концом, подключенным при помощи трехходового вентиля к контуру между теплообменником и баком-аккумулятором, и подающим патрубком, связанным с выходами последних и расположенным в нижней части жидкостной зоны коллектора. Трубка имеет сверху открытый конец. На конденсаторе установлен клапан. Бак-аккумулятор имеет дополнительный теплообменник. Замкнутый контур и коллектор заполнены теплоносителем. Коллектор содержит отражатель солнечного излучения. Паровая зона сообщена с конденсатором патрубком.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, отбор тепла в жидкостной зоне и тепловые потери в паровой зоне в оребренном конденсаторе, низкая поглощающая поверхность солнечного излучения и теплообмена.
Наиболее близкой по технической сущности является гелиосистема [2] солнечного теплоснабжения, которая включает солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор. Гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом.
Недостатком этого устройства является плохой теплообмен контейнера с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и теплоносителем из-за маленькой поверхности их соприкосновения.
Задача изобретения - улучшение теплоснабжения зданий путем разработки эффективного устройства гелиосистемы.
Технический результат - повышение эффективности использования солнечной энергии и стабильности энергоснабжения, снижения тепловых потерь и энергозатрат.
Сущность изобретения заключается в том, что гелиосистема содержит солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор, гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом, согласно изобретению контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность.
На чертеже представлена принципиальная схема гелиосистемы.
Гелиосистема содержит жидкостную емкость 1 с прозрачным ограждением 2, заполненную низкокипящим теплоносителем 3, и паровую емкость 4 с теплоизоляционной крышкой 5 и теплообменником 6. Обе емкости соединены трубой 7 и переливной трубкой 8 для движения пара и сконденсировавшейся жидкости. В жидкостной емкости, которая имеет крышку-отражатель 9, имеется контейнер 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом, выполненный как оребренный теплообменник с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность. Жидкостная и паровая емкости снаружи покрыты теплоизоляционным материалом для снижения тепловых потерь (на схеме показан штриховкой). Теплообменник 6 с подающим 11 и обратным 12 трубопроводами соединен трехходовым вентилем 13 к теплообменникам 14 и баку-аккумулятору 15 и образует второй замкнутый контур с таким же теплоносителем (например, Фреоном-113).
Гелиосистема работает следующим образом.
Солнечное излучение, проходя через прозрачное ограждение 2, разогревает теплоноситель 3 в жидкостной емкости 1 солнечного коллектора. При этом происходит кипение теплоносителя в емкости 1 и трубе 7. Образовавшийся пар движется вверх по трубе и через узкую щель, как показано стрелками, проходит в паровую емкость 4, где теплоноситель конденсируется за счет теплообмена с теплоносителем второго контура в теплообменнике 6, и по переливной трубке 8 возвращается в испарительную жидкостную емкость 1. Крышка-отражатель 9 в открытом состоянии служит экраном для усиления и концентрирования солнечных лучей, а при отсутствии солнечного излучения - для снижения тепловых потерь.
Поскольку в жидкостной зоне имеется контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом 10, например с парафином, он превращает в пар теплоноситель 3 первого контура при отсутствии солнечного излучения за счет накопленной энергии. Конструкция контейнера 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом такова, что поверхность соприкосновения теплоносителя увеличена, что приводит к повышению эффективности теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю при отсутствии солнечного излучения и в обратном направлении при наличии солнечного излучения. Кроме того, контейнер 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность, например из композитных материалов с высокой теплопроводностью [3], что также повышает эффективность теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю и обратно.
В первом контуре происходит естественная циркуляция теплоносителя, так как использован принцип тепловой трубы, где роль фитиля играет переливная трубка 8. А во втором контуре циркуляция происходит за счет разности давлений горячего и холодного теплоносителя. Теплоносителями обоих контуров могут быть низкокипящие жидкости, например Фреон-113, водоаммиачный раствор и т.д.
Поворотом трехходового вентиля 13 теплоноситель подается к теплообменникам 14 для обогрева помещений или в теплообменник в баке-аккумуляторе 15, как в прототипе.
При отсутствии солнечного излучения (в ночное время и пасмурные дни) передача тепла обогреваемому объекту осуществляется не только от контейнера с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом через теплоноситель первого контура, но и от бака-аккумулятора 15 во втором контуре, при котором трехходовой вентиль 13 устанавливают в положение, при котором отсутствует циркуляция теплоносителя через теплообменник 6.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет следующее преимущество - повышается степень использования возобновляемых источников энергии за счет повышения эффективности теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю при отсутствии солнечного излучения и в обратном направлении при наличии солнечного излучения.
Источники информации
1. Л.Л. Васильев, М.И. Рабецкий, Л.П. Гракович, В.М. Богданов. «Гелиосистема», авторское свидетельство СССР №1347636, F24J 2/04, бюл. №15, 1989 (Аналог).
2. Патент РФ №2312276 С1, кл. F24J 2/32. Опубликовано: 10.12.2007 (Прототип).
3. Патент РФ №2270821 С2, кл. С04B 35/528. Опубликовано: 20.11.2004.
Гелиосистема, содержащая солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор, выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом, отличающаяся тем, что контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен как оребренный теплообменник с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность.