Гелиоэнергетическая установка

Авторы патента:

Шерьязов Сакен Койшибаевич (RU)

Чигак Алексей Сергеевич (RU)

Доскенов Арсен Халитович (RU)

F24J2/42 - системы, использующие энергию солнечной радиации, не отнесенные к другим рубрикам

F24J2/40 - приспособления для управления

Владельцы патента RU 2622142:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный аграрный университет" ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ Институт агроинженерии (RU)

Изобретение относится к области гелиотехники, в частности к установкам с использованием солнечной энергии для нагрева теплоносителя в действующих и проектируемых системах теплоснабжения с естественной и принудительной циркуляцией жидкости в контуре солнечных коллекторов. Гелиоэнергетическая установка содержит солнечные коллекторы, соединенные трубопроводами с теплообменником-аккумулятором, в гидравлическом контуре солнечных коллекторов установлены электромагнитные клапаны для управления потоком теплоносителя путем изменения схемы соединения солнечных коллекторов между собой, блок управления, включающий реле, соединенные через фоторезисторы с источником питания, работающие при различных уровнях солнечного излучения, и дополнительный фоторезистор в цепи питания катушек электромагнитных клапанов для их отключения при отсутствии или малой мощности солнечного излучения. Техническим результатом является поддержание параметров теплоносителя путем автоматического изменения схемы соединения солнечных коллекторов при изменении мощности солнечного излучения, что позволяет повысить эффективность работы гелиоэнергетической установки. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Известен солнечный коллектор (патент №2330217, RU, МПК F24J 2/04, опубл. 27.07.2008). Входящий в его состав коллектор-распределитель изготовлен из цветных металлов (алюминий, медь и др.) методом литья под давлением, а подсоединение его к теплособирающим трубкам и трубам системы передачи теплоносителя к потребителям производится соединением стыкуемых деталей по контактируемым поверхностям путем изолирования друг от друга клеевой пленкой толщиной от 0,1 до 0,5 мм.

Основной недостаток данного коллектора - невозможность изменения схемы соединения теплособирающих трубок для нагрева теплоносителя до необходимой температуры при низких мощностях солнечного излучения.

Наиболее близкой по технической сущности является солнечная водонагревательная установка (http://www.solarhome.ru/), принятая за прототип.

Солнечная водонагревательная установка (СВУ) состоит из солнечного коллектора и теплообменника-аккумулятора. Через солнечный коллектор циркулирует теплоноситель (специальный антифриз). Теплоноситель нагревается в солнечном коллекторе энергией солнца и отдает затем тепловую энергию воде через теплообменник, (обычно вмонтированный в бак-аккумулятор, но может быть и отдельным). В баке-аккумуляторе хранится горячая вода до момента ее использования, поэтому он должен иметь хорошую теплоизоляцию. В первом контуре, где расположен солнечный коллектор, может использоваться естественная или принудительная циркуляция теплоносителя.

Основной недостаток водонагревательной установки - невозможность изменения схемы соединения солнечных коллекторов в зависимости от мощности солнечного излучения для обеспечения эффективной работы гелиоэнергетической установки.

Задачей данного изобретения является создание гелиоэнергетической установки с возможностью управления потоком теплоносителя путем автоматического изменения схемы соединения солнечных коллекторов в зависимости от мощности солнечного излучения для обеспечения ее эффективной работы.

Это достигается тем, что в предлагаемой установке, содержащей солнечные коллекторы, соединенные трубопроводами с теплообменником-аккумулятором, в отличие от прототипа для управления потоком теплоносителя путем изменения схемы соединения солнечных коллекторов между собой дополнительно установлены электромагнитные клапаны в гидравлическом контуре солнечных коллекторов, и блок управления ими, включающий реле, соединенные через фоторезисторы с источником питания, работающие при различных уровнях солнечного излучения, и дополнительный фоторезистор в цепи питания катушек электромагнитных клапанов для их отключения при отсутствии или малой мощности солнечного излучения. В качестве источника питания блока управления и катушек электромагнитных клапанов может быть использована солнечная батарея, при этом реле подключаются к ней через резисторы с постоянным сопротивлением.

Использование электромагнитных клапанов позволяет произвести изменение схемы соединения солнечных коллекторов дистанционно и быстро и, тем самым, снизить трудоемкость и уменьшить время переключения, применение реле позволяет произвести переключение необходимых клапанов одновременно, а применение фоторезисторов - управлять процессом переключения в зависимости от мощности солнечного излучения.

Гелиоэнергетическая установка может работать с любым количеством солнечных коллекторов. Для примера рассмотрим установку с 4 солнечными коллекторами.

На фиг. 1 представлена предлагаемая схема соединения солнечных коллекторов с использованием электромагнитных клапанов.

На фиг. 2 представлен блок управления переключениями схемы соединения солнечных коллекторов.

На фиг. 3 представлен блок управления переключениями схемы соединения солнечных коллекторов с использованием солнечной батареи в качестве источника питания.

Гелиоэнергетическая установка содержит солнечные коллекторы СК1-СК4, соединенные между собой трубопроводами, электромагнитные клапаны 1-9, расположенные в гидравлическом контуре солнечных коллекторов, и блок управления, включающий промежуточные реле КМ1 и КМ2, обмотки которых включены в сеть 220 В последовательно с фоторезисторами R1 и R2, и фоторезистор R3 в цепи питания катушек электромагнитных клапанов для их отключения при отсутствии или малой мощности солнечного излучения.

Гелиоэнергетическая установка работает следующим образом: при отсутствии или малой мощности солнечного излучения сопротивление фоторезистора R3 велико и напряжение на катушках электромагнитных клапанов 2, 5, 8 недостаточно для их открытия. Все клапаны закрыты, что исключает обратную циркуляцию теплоносителя. При достижении определенной величины мощности солнечного излучения сопротивление фоторезистора R3 падает, катушки электромагнитных клапанов получают питание, и клапаны 2,5 и 8 открываются, а клапаны 1, 3, 4, 6, 7, 9 остаются закрытыми и все солнечные коллекторы СК1-СК4 соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения сопротивление фоторезистора R1 падает и катушка КМ1 получает питание, электромагнитные клапаны 4 и 6 открываются, клапан 5 закрывается. Получается смешанное соединение солнечных коллекторов - параллельно две цепочки (контура), в каждом из которых два солнечных коллектора СК1 и СК2, СК3 и СК4 соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения, падает сопротивление фоторезистора R2 и катушка КМ2 получает питание, электромагнитные клапаны 1, 3, 7, 9 открываются, клапаны 2, 8 закрываются, и все солнечные коллекторы СК1-СК4 соединяются параллельно. При уменьшении мощности солнечного излучения процесс переключения происходит в обратном порядке.

Параметры фоторезисторов R1 и R2 подбираются так, чтобы реле КМ1 срабатывало при одном определенном значении мощности солнечного излучения, а КМ2 при другом, большем значении.

Для достижения автономной работы гелиоэнергетической установки в качестве источника питания блока управления и катушек электромагнитных клапанов может быть использована солнечная батарея. При этом катушки электромагнитных клапанов, промежуточных реле, а также резисторы рассчитаны на номинальное напряжение солнечной батареи (фиг. 3).

В этом случае гелиоэнергетическая установка будет работать следующим образом: при малой мощности солнечного излучения напряжение солнечной батареи СБ низкое, напряжение на катушках КМ1, КМ2 и электромагнитных клапанов недостаточно для их срабатывания. Все электромагнитные клапаны закрыты, что исключает обратную циркуляцию теплоносителя. При увеличении мощности солнечного излучения напряжение солнечной батареи СБ растет, и при достижении определенной величины мощности солнечного излучения электромагнитные клапаны 2, 5 и 8 открываются, клапаны 1, 3, 4, 6, 7, 9 остаются закрытыми и солнечные коллекторы соединяются последовательно. При росте мощности солнечного излучения напряжение на катушке КМ1 оказывается достаточным для ее срабатывания, электромагнитные клапаны 4 и 6 открываются, клапан 5 закрывается. Получается смешанное соединение солнечных коллекторов - параллельно две цепочки (контура), в каждом из которых два солнечных коллектора соединяются последовательно. При дальнейшем росте мощности солнечного излучения и напряжения солнечной батареи, катушка КМ2 получает питание, электромагнитные клапаны 1, 3, 7, 9 открываются, клапаны 2, 8 закрываются, и солнечные коллектора соединяются параллельно. При уменьшении мощности солнечного излучения процесс переключения происходит в обратном порядке.

В результате осуществляется автоматическое изменение схемы соединения солнечных коллекторов для повышения эффективности работы гелиоэнергетической установки без дорогостоящей регулирующей аппаратуры.

Техническим результатом использования установки является поддержание параметров теплоносителя за счет автоматического изменения схемы соединения солнечных коллекторов при изменении мощности солнечного излучения, что ведет к повышению эффективности работы гелиоэнергетической установки.

1. Гелиоэнергетическая установка, содержащая солнечные коллекторы, соединенные трубопроводами с теплообменником-аккумулятором, отличающаяся тем, что для управления потоком теплоносителя путем автоматического изменения схемы соединения солнечных коллекторов между собой дополнительно установлены электромагнитные клапаны в гидравлическом контуре солнечных коллекторов, и блок управления, включающий реле, соединенные через фоторезисторы с источником питания, работающие при различных уровнях солнечного излучения, и дополнительный фоторезистор в цепи питания катушек электромагнитных клапанов для их отключения при отсутствии или малой мощности солнечного излучения.

2. Гелиоэнергетическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве источника питания блока управления и катушек электромагнитных клапанов может быть использована солнечная батарея, при этом реле подключаются к ней через резисторы с постоянным сопротивлением.

Изобретение относится к плавучим средствам навигационного оборудования, в частности к бую, предназначенному для ограждения фарватеров на судоходных акваториях. Предложен навигационный буй, содержащий обтекаемый герметичный корпус, разделенный на отсеки, светооптическую аппаратуру на светодиодах, расположенную в головной части корпуса, солнечную энергетическую установку, состоящую из светооптического устройства, автономный источник электропитания (аккумулятор) и подзарядное энергетическое устройство с механизмом подключения его к данному источнику, преобразующее тепловую энергию Солнца в электрическую и помещенное внутрь гелиоконцетратора, функции которого выполняет оптическое устройство на основе линзы Френеля, волновую энергетическую установку, установленную во внутренней полости корпуса, содержащую цилиндрическую емкость со статором линейного электрического генератора, по оси которой в направляющих перемещается шток, на котором установлен ротор с постоянными магнитами линейного электрического генератора, на конце штока установлен стабилизирующий балласт, выполненный полым в виде поплавка, обмотка статора соединена с входом зарядного устройства, выход которого соединен с аккумулятором, от которого питается светооптическая аппаратура, при этом введена еще одна солнечная энергетическая установка, выполненная в виде сферы, установленная по периметру светодиодного излучателя и соединенная с аккумулятором.

Солнечная водонагревательная установка // 2615619

Изобретение относится к устройствам преобразования солнечной энергии в тепловую, в частности к конструкциям солнечных водонагревательных установок, размещенных на строительных конструкциях зданий (козырьки (навесы) над крыльцом, балконом, террасой и т.д.).

Способ преобразования тепловой энергии солнца и механической энергии движения воздуха в электрическую энергию // 2612676

Изобретение направлено на повышение эффективности преобразования тепловой энергии Солнца и механической энергии движения воздуха в электрическую энергию и может использоваться в воздушных электростанциях, способствуя повышению их мощности и экономичности.

Система гелиотеплохладоснабжения // 2610406

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.

Приемник солнечного излучения // 2605867

Изобретение раскрывает приемник солнечного излучения для преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую энергию. Приемник (2) солнечного излучения (1) для гелиотермальной параболической антенны имеет тепловой двигатель, расположенный в его фокусе, впускной и выпускной коллекторы (9), группу трубок (8), идущих от впускного коллектора к выпускному коллектору, по которым течет нагреваемая при приеме солнечного излучения (1) рабочая текучая среда.

Солнечная электрическая станция с оптоволоконной системой наведения // 2597729

Изобретение относится к энергетике, а именно к энергетике преобразования солнечного излучения в электричество с помощью тепловых машин, и может быть использовано, в частности, в солнечных электрических станциях башенного типа.

Коллектор солнечного излучения с турбиной или с турбокомпрессором // 2596709

Солнечный коллектор с турбиной или турбокомпрессором для приема солнечного излучения содержит коллектор (1) в форме конусообразной спирали, содержащий трубки круглого или квадратного сечения, причем радиус предыдущего витка трубок больше последующего, так что тень предыдущего витка не падает на последующий, и витки плотно прилегают друг к другу без зазоров между ними вплоть до последнего витка, соединенного с трубкой, питающей ведущую турбину (4); и содержит вход (6) для поступления сжатого воздуха из компрессора (16), содержит защиту указанного коллектора (1), покрывающую его поверхность и поверхность трубок (18) и различные инжекторы (30) для производства тепла посредством инжекции газов, содержит ведущую турбину (4), на которую поступает воздух, разогретый в коллекторе (1) энергией солнечного излучения или другими видами топлива, указанная турбина содержит теплообменник, отделяющий ведущую турбину (4) от компрессора (16), содержит промежуточную секцию, разделяющую компрессор (16) и ведущую турбину (4), с центральным проходом для размещения оси (9) в полости воздухонепроницаемой трубки, по которой лопастями (22) компрессора (16) направляется поток воздуха из окружающей среды наружной температуры по направлению к лопаткам ведущей турбины (4), охлаждая их, а центральными лопастями (21) ведущей турбины воздух выбрасывается наружу, где он смешивается с потоком воздуха, продвигающимся на выход (8).

Система солнечного теплоснабжения // 2594830

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения. Система солнечного теплоснабжения содержит бак-аккумулятор 1 с высокотемпературной 2 и низкотемпературной 3 секциями, размещенными соответственно в верхней и нижней частях бака-аккумулятора и разделенными перегородкой 33 с односторонней проводимостью теплоносителя.

Теплофотоэлектрический модуль с параболоцилиндрическим концентратором солнечного излучения и способ его изготовления // 2591747

Фотоэлектрический модуль солнечного концентрированного излучения относится к гелиотехнике и касается создания солнечных модулей с фотоэлектрическими и тепловыми приемниками и концентраторами солнечного излучения в виде параболоцилиндров.

Солнечная энергетическая установка // 2586034

Изобретение относится к области энергетики, а именно к области использования солнечной энергии, и может быть применено при генерировании электрического тока с использованием энергии солнечного излучения в качестве источника теплового излучения.

Солнечная энергоустановка // 2459156

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к конструкциям солнечных энергетических установок с фотоэлектрическим датчиком слежения за солнцем и системой азимутального поворота солнечного модуля, а также к системам автоматического слежения за источником света и предназначено для автоматической ориентации плоскости солнечного модуля за источником света (Солнцем).

Устройство для управления солнечной энергией // 2380624

Изобретение относится к области солнечных энергетических систем, в частности к управлению энергией, получаемой приемником солнечной энергии, таким как бойлер, печь и т.д.

Гелиоэнергетический модуль для преобразования принимаемого электромагнитного излучения и система его ориентации // 2270964

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение в солнечных электростанциях для прямого преобразования солнечной энергии. .

Счетчик солнечной энергии // 2213913

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к области учета энергии, получаемой от источника энергии. .

Автоматический приемник солнечной энергии // 2147358

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано при конструировании и эксплуатации приемников солнечной энергии с транспортированием ее к потребителю без непосредственного участия человека.

Устройство регулирования светового потока // 2134848

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к регулировке светового солнечного потока в прозрачных проемах зданий и сооружений с целью максимального его использования.

Гидромеханическое устройство для поворота гелиопоглощающей системы // 2105936

Изобретение относится к устройствам для поворота преобразователей солнечной энергии и может быть использовано при создании гелиоустановок, работающих в режиме слежения за Солнцем.

Установка для концентрированного импульсного облучения // 2000527

Формирователь световых импульсов // 1803683

Установка для солнцелечения // 1802281

Способ управления работой жидкостепроводного устройства // 2622785

Настоящее изобретение относится к способу управления работой жидкостепроводного устройства. Способ управления работой трубопроводного устройства с первым трубопроводным участком в горячей части и с соединенным с ним вторым трубопроводным участком в холодной части, при этом на первом трубопроводном участке расположен насос для подачи жидкости, заключающийся в запуске управляющей пуском насоса программы при активизации насоса, предусматривающей выполнение следующих стадий: A) задание подаваемого количества жидкости, Б) запуск цикла подачи жидкости, предусматривающего подачу заданного количества жидкости с первого трубопроводного участка на незаполненный второй трубопроводный участок, B) запуск цикла возврата жидкости, предусматривающего возврат поданного на второй трубопроводный участок количества жидкости на первый трубопроводный участок, а также определение температуры обратного потока возвращаемой жидкости на первом трубопроводном участке, Г) увеличение заданного подаваемого количества жидкости и выполнение одной из следующих подстадий: г1) повторение стадий А)-Г), если температура обратного потока возвращаемой жидкости выше его предельной температуры или равна ей, а увеличенное заданное подаваемое количество жидкости меньше предельного количества или равно ему, г2) прекращение выполнения управляющей пуском насоса программы и перевод насоса на нормальный режим работы, если увеличенное заданное подаваемое количество жидкости больше предельного количества, г3) прекращение выполнения управляющей пуском насоса программы, деактивизация насоса и изменение заданного подаваемого количества жидкости в сторону начального значения, если температура обратного потока ниже его предельной температуры. Это позволяет предотвратить повреждения на расположенном в холодной части втором трубопроводном участке из-за замерзания жидкости. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.