Гелиосистема

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения и поддержания благоприятной температуры в условиях континентального климата. Гелиосистема содержит два гидроконтура с трубопроводами, солнечный коллектор, имеющий подводящий и отводящий патрубки, тепловой бак-аккумулятор с теплообменником, соединенный трехходовым вентилем с образованием второго замкнутого контура. Первый гидроконтур содержит теплоизолированный контейнер с откидной крышкой-экраном, тепловой бак-аккумулятор, второй гидроконтур содержит солнечный коллектор и размещенный внутри теплового бака-аккумулятора теплообменник, при этом в гидросистему введены соответственно циркуляционный и вакуумный насосы, причем вакуумный насос врезан в трубопровод второго контура между выходным патрубком солнечного коллектора и трубопроводом перед входом теплообменника, а циркуляционный насос врезан в прямой трубопровод первого контура к входу теплового бака-аккумулятора, выход которого соединен обратным трубопроводом с входом контейнера, причем к входному патрубку солнечного коллектора присоединен первый вход-выход трехходового вентиля, к второму входу-выходу которого присоединен выход теплообменника параллельно с третьим входом введенного в систему сужающего устройства, выход которого присоединен к входу трехходового вентиля. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии для поддержания благоприятной температуры потребителя в широком температурном диапазоне окружающего воздуха. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения и поддержания благоприятной температуры в условиях континентального климата.

Известна гелиосистема по патенту RU №2312276, 2007 г., выполненная из двух гидроконтуров, соединенных трубопроводами, содержащая солнечный коллектор, имеющий с подводящий и отводящий патрубки, тепловой бак-аккумулятор, теплообменник и батареи обогрева потребителей.

В прототипе солнечное излучение, проходя через светопрозрачные участки солнечного коллектора, разогревает размещенный во внутренней полости солнечного коллектора теплоноситель. При этом происходит нагрев теплоносителя во внутренних полостях солнечного коллекторам через узкую щель (сужающее устройство) в верхней его части, проходит в паровую емкость, где теплоноситель затем конденсируется и передает тепловую энергию в теплообменник, а из него по прямому трубопроводу второго гидроконтура через трехходовой вентиль - в тепловой бак-аккумулятор или в батареи обогрева потребителя. Жидкий теплоноситель из теплового бака-аккумулятора по обратному трубопроводу первого контура перетекает в контейнер, размещенный в нижней части солнечного коллектора.

Тепловая энергия из теплообменника по прямому трубопроводу второго контура через трехходовой вентиль передается в дневное время в тепловой бак-накопитель, а в ночное - в батареи обогрева потребителя из теплового бака-накопителя.

Система не лишена нескольких существенных ограничений, сужающих ее повсеместное применение:

- необходимость использования в качестве теплоносителей дорогостоящих и экологически небезопасных материалов, таких как парафин, Фреон-113, водоаммиачный раствор и т.д., для обеспечения относительно низкой температуры фазового перехода;

- нормальное функционирование системы возможно лишь при высокой интенсивности солнечной радиации, достаточной для фазового перехода теплоносителя в парообразное состояние;

- отсутствие возможности поддержания благоприятной температуры потребителя охлаждением окружающего воздуха в жаркое время суток;

- раздельное размещение теплообменника первого гидроконтура и теплового бака-накопителя, существенно увеличивающих материалоемкость конструкции;

- непригодность использования имеющегося солнечного коллектора для обогрева потребителя в ночное время суток.

Эти недостатки прототипа ограничивают возможности поддержания благоприятной температуры потребителя в широком температурном диапазоне окружающего воздуха и снижают энергоэффективность системы в целом.

Задача изобретения - поддержание благоприятной температуры потребителя в широком диапазоне температуры окружающего воздуха.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии для поддержания благоприятной температуры потребителя в широком температурном диапазоне окружающего воздуха.

Для достижения технического результата в качестве теплоносителя в обоих контурах системы применена вода, солнечный коллектор выполнен в виде эластичной светопрозрачной панели с подводящим и отводящим патрубками и размещен во втором гидроконтуре, в состав которого введен вакуумный насос, в первый контур гидросистемы введен циркуляционный насос и врезан в трубопровод между контейнером и тепловым баком-аккумулятором с теплообменником, кроме того, контейнер, имеющий откидную крышку-экран, выполнен со светопрозрачной верхней торцевой панелью.

Структура гидросистемы показана на фиг. 1. Первый гидроконтур системы содержит теплоизолированный контейнер 1 со светопрозрачной верхней торцевой панелью 2, откидной крышкой-экраном 3 с подводящим 4 и отводящим 5 патрубками, присоединенными к прямому 6 и обратному 7 трубопроводам первого гидроконтура. В прямой трубопровод 6 врезан циркуляционный насос 8, выход которого присоединен к входному патрубку 9 теплового бака-аккумулятора 10, выходной патрубок 11 которого соединен обратным трубопроводом 7 с входным патрубком 4 контейнера. Первый гидроконтур заполнен водой - общедоступным жидким теплоносителем.

Второй гидроконтур содержит размещенный внутри теплового бака-аккумулятора 10 теплообменник 12 с верхним 13 и нижним 14 патрубками, нижним 15 и верхним 16 трубопроводами, к выходу которого врезан вакуумный насос 17. К входу вакуумного насоса 17 присоединен верхний патрубок 18 светопрозрачного солнечного коллектора 19 в виде гибкой эластичной панели с нижним патрубком 20. К нижнему патрубку 20 солнечного коллектора присоединен первый вход-выход 21 трехходового вентиля 22, ко второму входу-выходу 23 которого присоединены параллельно нижний трубопровод 15 и вход сужающего устройства 24. Выход сужающего устройства 24 присоединен к входу 25 трехходового вентиля 22, выполненного в виде электромагнитного клапана с входом управления 26 сигналом U1.

При отсутствии необходимости корректировки температуры потребителя сигналом U1=0 обесточены вакуумный насос 17 и вход 26 электромагнитного клапана 22 - его вход-выход 23 и вход-выход 21 свободно сообщаются между собой, происходит конвекция жидкого теплоносителя по второму гидроконтуру. Если на поверхности солнечного коллектора 19 падает энергия солнечной радиации и температура жидкого теплоносителя в его внутренних полостях выше температуры воды в тепловом баке-аккумуляторе 10, то жидкий теплоноситель циркулирует в солнечном коллекторе 19 по часовой стрелке от нижнего патрубка 20 к верхнему 18 через обесточенный вакуумный насос 17 и верхний патрубок 13 в теплообменник 12. Тепловая энергия из теплообменника 12 отдает тепло в заполненный водой тепловой бак-аккумулятор 10 от верхнего патрубка 13 к нижнему патрубку 14 - происходит накопление тепловой энергии в жидком теплоносителе первого контура. В темное и ночное время суток во втором гидроконтуре происходит конвекция жидкого теплоносителя против часовой стрелки - из теплообменника 12 через его верхний патрубок 13, трубопровод 16 и открытый в обесточенном состоянии вакуумный насос 17 от верхнего патрубка 18 солнечного коллектора 19 к его нижнему патрубку 20, через входы-выходы 21 и 23 трехходового электромагнитного клапана 22, трубопровод 15 к нижнему патрубку 14 теплообменника 12. Тепловая энергия из воды теплового бака-аккумулятора 10 переходит в теплообменник 12 и рассеивается в окружающее пространство поверхностями солнечного коллектора 19. Для естественной циркуляции жидкого теплоносителя от верхнего патрубка 18 к нижнему патрубку 20 солнечный коллектор 19 установлен вертикально или наклонно. При этом не происходит перехода жидкого теплоносителя во втором гидроконтуре в парообразное состояние, так же как и в первом гидроконтуре. Трехходовой электромагнитный клапан 22 и вакуумный 17 насос обесточены и потребление электрической энергии в системе отсутствует. В случае необходимости дополнительной конвекции тепловой энергии из контейнера 1 в тепловой бак-накопитель 10 циркуляционный насос 8 в ночное время может быть включен сигналом U2=1 с целью обогрева поверхностей солнечного коллектора 19 через теплообменник 12.

При высокой интенсивности солнечной радиации возможно повышение температуры потребителя в системе до неблагоприятного значения. В этом случае сигналом U1=1 подается питание на вакуумный насос 17 и на вход 26 управления трехходовым электромагнитным клапаном 22. Вход 24 и выход 25 электромагнитного клапана соединены друг с другом, а вход-выход 23 перекрыт, чем обеспечено дозированное поступление жидкого теплоносителя через сужающее устройство 24 во внутренние полости солнечного коллектора 19. Работающий вакуумный насос создает во внутренних полостях солнечного коллектора 19 остаточное давление не более 10 мбар, при этом температура кипения воды понижается примерно до 8-10°C. За счет аномальной фазопереходной теплоемкости воды (более 500 кКал⋅кг⋅°C) тепловая энергия с разогретых поверхностей солнечного коллектора 19 интенсивно поглощается внутрь и переносится на выход вакуумного насоса 17, в то время как температура поверхностей солнечного коллектора остается близкой к температуре фазового перехода воды. Поскольку на выходе вакуумного насоса 17 имеет место повышенное давление, водяной пар в трубопроводе 16 переходит в жидкую фазу, интенсивно отдавая тепловую энергию через трубопровод 16 в теплообменник 12. В свою очередь теплообменник 12 отдает тепловую энергию в воду бака-аккумулятора 10, повышая температуру в первом гидроконтуре системы. В это же время в первом гидроконтуре системы происходит поглощение энергии солнечной радиации от крышки-экрана 3 и через светопрозрачную верхнюю торцевую панель 2 водой, которой заполнен контейнер 1. Циркуляционный насос 8 во включенном состоянии позволяет уравнивать температуру воды в контейнере 1 и тепловом аккумуляторе 10 первого гидроконтура как в процессе накопления, так и в процессе потребления тепловой энергии. Таким образом, в первом гидроконтуре системы обеспечено накопление тепловой энергии как путем ее поглощения от энергии солнечной радиации в воде контейнера 1, так и в тепловом баке-аккумуляторе 10 от теплообменника 12. Накопленная в первом гидроконтуре тепловая энергия может быть отдана в ночное время потребителю в окружающее пространство через поверхности солнечного коллектора 19, размещенного с доступом циркуляции на его поверхность воздуха из обогреваемого помещения.

По сравнению с прототипом в предложенной гидросистеме:

теплообменник и тепловой бак-аккумулятор конструктивно выполнены в единой конструкции, а солнечный коллектор выполняет дополнительную функцию обогрева потребителя в ночное время, что существенно снижает материалоемкость конструкции;

тонкий светопрозрачный и эластичный солнечный коллектор имеет малую инерционность и повышенную, двухстороннюю площадь взаимодействия его поверхностей с окружающим воздухом и потоком солнечной радиации, что существенно повышает его энергоотдачу и энергоэффективность;

система позволяет как повышать в ночное время, так и снижать днем температуру потребителя в месте размещения солнечного коллектора, что позволяет поддерживать благоприятную температуру потребителя как в холодную, так и в жаркую погоду при интенсивной солнечной радиации;

использование в гидроконтурах системы общедоступной и экологически безопасной пресной воды в качестве жидкого теплоносителя упрощает затраты на эксплуатацию и повышает безопасность обслуживания гидросистемы.

1. Гелиосистема, содержащая два гидроконтура с трубопроводами, солнечный коллектор, имеющий подводящий и отводящий патрубки, тепловой бак-аккумулятор с теплообменником, соединенный трехходовым вентилем с образованием второго замкнутого контура, отличающаяся тем, что первый гидроконтур содержит теплоизолированный контейнер с откидной крышкой-экраном, тепловой бак-аккумулятор, второй гидроконтур содержит солнечный коллектор и размещенный внутри теплового бака-аккумулятора теплообменник, при этом в гидросистему введены соответственно циркуляционный и вакуумный насосы, причем вакуумный насос врезан в трубопровод второго контура между выходным патрубком солнечного коллектора и трубопроводом перед входом теплообменника, а циркуляционный насос врезан в прямой трубопровод первого контура к входу теплового бака-аккумулятора, выход которого соединен обратным трубопроводом с входом контейнера, причем к входному патрубку солнечного коллектора присоединен первый вход-выход трехходового вентиля, ко второму входу-выходу которого присоединен выход теплообменника параллельно с третьим входом введенного в систему сужающего устройства, выход которого присоединен к входу трехходового вентиля.

2. Гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что трехходовой вентиль выполнен в виде электромагнитного клапана с входом управления для соединения первого входа-выхода с третьим входом при подаче сигнала на вход управления.

3. Гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что солнечный коллектор установлен вертикально или наклонно, причем выходной патрубок солнечного коллектора размещен в верхней его части.

4. Гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что светопрозрачная часть корпуса контейнера выполнена в виде верхней торцевой панели из светопрозрачного материала.

5. Гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что тепловой бак-аккумулятор размещен в первом гидроконтуре, а теплообменник второго гидроконтура размещен внутри теплового бака-аккумулятора.

6. Гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве жидкого теплоносителя первого и второго гидроконтуров используется пресная вода.

7. Гелиосистема по п. 1, отличающаяся тем, что при включенном вакуумном насосе остаточное давление воды внутри солнечного коллектора системы составляет не более 10 мбар.



 

Похожие патенты:

Настоящее изобретение относится к следящему концентратору солнечной энергии, который включает: средства слежения в направлении с востока на запад для слежения за движением солнца в направлении с востока на запад, расположенные на верхней части основания, опору, установленную вертикально на средствах слежения в направлении с востока на запад, параболическую систему концентраторного типа, расположенную так, что ее вал поддерживается опорой, и имеющую второй параболический концентратор, расположенный на небольшом расстоянии за фокальной точкой первого параболического концентратора, имеющего большую площадь, так что свет высокой плотности концентрируется в центре первого параболического концентратора, средства слежения за высотой, расположенные на опоре так, чтобы параболическая система концентраторного типа следила за высотой солнца, при этом концентратор дополнительно включает корпус призмы, расположенный так, чтобы находиться сзади отверстия для прохождения света в центре первого параболического концентратора, и так, чтобы двигаться вокруг оси посредством приводного усилия двигателя для слежения за высотой, и средства направления света, соединяющие прямую призму полного внутреннего отражения с корпусом призмы.

Группа изобретений относится к циркуляционному насосному агрегату (2) и гелиотермической установке с таким насосным агрегатом. Насосный агрегат (2) имеет электрический приводной двигатель (6) и интегрированное в агрегат (2) устройство (10) управления.

Изобретение относится к области генерации солнечной тепловой энергии, а более конкретно к устройству/системе генерации тепловой мощности, содержащему солнечные термоколлекторы желобкового типа, заполненные водой, а также к способу генерации мощности, использующему подобное устройство/систему.

Изобретение относится к хранению тепловой энергии и может быть использовано в устройствах для аккумулирования тепла или холода, используемых для отопления, горячего водоснабжения, кондиционирования, получения электроэнергии.

Изобретение относится к способу круглогодичной и круглосуточной термоэлектрической генерации, а именно к способу прямого преобразования солнечной радиации в электрическую энергию сочетанием фотоэлектрических и термоэлектрических преобразователей для обеспечения экологически чистым энергопитанием автономных датчиков и приборов.

Изобретение относится к теплоэнергетике и предназначено для поддержания комфортных параметров воздуха в малоэтажных зданиях, преимущественно на животноводческих фермах.Система гелиотеплохладоснабжения содержит южный и северный воздухопроводы, расположенные на соответствующих сторонах здания, тепловой аккумулятор, образующий с полом здания подпольный воздухопровод, сообщенный с южным, а также расположенные под тепловым аккумулятором один над другим теплообменный и грунтовый воздухопроводы, система снабжена размещенной в тепловом аккумуляторе вихревой трубой, входом сообщенной с подпольным воздухопроводом, «холодным» каналом - с помещением, а «горячим» - через тепловой аккумулятор с грунтовым воздухопроводом, а на внешней поверхности вихревой трубы выполнены ребра с уменьшающимися расстояниями между ними по направлению движения «горячего» потока.

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.

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.

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.).

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.

Изобретение относится к электроэнергетике. Автономная энергетическая установка, содержащая ветроэлектрогенератор башенного типа с движителем в виде трехлопастного ротора с горизонтальной осью вращения, солнечный фотоэлектрический панельный генератор, дизельный электрогенератор с блоком для плавного регулирования мощности, группу мачтовых вибрационно-индукторных электрогенераторов для резервной подпитки установки, ванадиевую проточную батарею элементов окислительно-восстановительного цикла с емкостями для анодного и катодного электролитов и циркуляционными насосами или батарею твердооксидных топливных элементов проточного типа с электролизером водорода в метан или электролизером водорода в металлогидридные соединения, насосами для закачки метана, водорода и кислорода в ресиверы, коммутатор с функцией интеллектуального управления источниками и защиты сети от коротких замыканий и перенапряжений, литий-ионную аккумуляторную батарею, при этом каждые из вышеуказанных генераторов и батарей используются как основной или как резервный источник питания потребителей по факту выработки электроэнергии или ее накопления в количестве, соответствующем потребности потребителей в энергоснабжении. Изобретение направлено на круглогодичное бесперебойное энергоснабжение поселков и городков, расположенных в высоких широтах. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к способу преобразования энергии светового потока в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд. Технологическая схема включает следующие блоки: источник светового потока, теплообменник светового потока, управляющий элемент схемы, потребители теплой воды в гостиницах, поток циркулирующей воды или тосола подается в кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения полученной в ТСП потока горячей воды или тосола, внутри теплообменника установлены десять медных трубок, в трубках течет вода или тосол, которые нагреваются световым потоком, технологическая схема использования солнечного потока в горячую воду. Световой поток воздействует на ТСП, в ТСП в рабочем состоянии создается технический вакуум, для его поддержания требуется достаточное изолирование ТСП, теплообменник светового потока для нагревания воды или тосола содержит эллиптическую крышку из ПВХ стекла и медные трубки, содержащие стальные сетки, способствующие турбулизации гидродинамического потока нагретой воды или тосола и ликвидации застойных зон, каждая трубка окружена стеклянной трубкой из ПВХ, имеющей эллиптическое сечение, из теплообменника светового потока горячая вода или тосола подается в кожухотрубчатый теплообменник, снабженный запорной арматурой и имеющий вальцованные трубки для турбулизации. Изобретение должно обеспечить высокий к.п.д. ТСП. 4 ил., 1 табл.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения и поддержания благоприятной температуры в условиях континентального климата. Гелиосистема содержит два гидроконтура с трубопроводами, солнечный коллектор, имеющий подводящий и отводящий патрубки, тепловой бак-аккумулятор с теплообменником, соединенный трехходовым вентилем с образованием второго замкнутого контура. Первый гидроконтур содержит теплоизолированный контейнер с откидной крышкой-экраном, тепловой бак-аккумулятор, второй гидроконтур содержит солнечный коллектор и размещенный внутри теплового бака-аккумулятора теплообменник, при этом в гидросистему введены соответственно циркуляционный и вакуумный насосы, причем вакуумный насос врезан в трубопровод второго контура между выходным патрубком солнечного коллектора и трубопроводом перед входом теплообменника, а циркуляционный насос врезан в прямой трубопровод первого контура к входу теплового бака-аккумулятора, выход которого соединен обратным трубопроводом с входом контейнера, причем к входному патрубку солнечного коллектора присоединен первый вход-выход трехходового вентиля, к второму входу-выходу которого присоединен выход теплообменника параллельно с третьим входом введенного в систему сужающего устройства, выход которого присоединен к входу трехходового вентиля. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования солнечной энергии для поддержания благоприятной температуры потребителя в широком температурном диапазоне окружающего воздуха. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх