Способ утилизации солнечного потока в тепловую энергию

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 области использования солнечной энергии, в частности к способу преобразования энергии светового потока в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд. При этом используется ресурсосберегающая и малоотходная технология утилизации солнечной энергии.

В качестве аналога принят способ аккумулирования солнечной энергии и устройство для его осуществления. Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к гелиотеплицам с грунтовым водоносным аккумулятором тепла. В этом способе выбирается местность, где грунтовые воды очень близки к поверхности земли. Там устанавливаются вертикальные скважины с забоем для снижения уровня грунтовых вод. Регулирование температуры воздуха теплицы и корнеобитаемого слоя грунта осуществляют циркуляционным контуром, нагрев или охлаждение теплоносителя осуществляют за счет солнечной энергии. Изобретение должно обеспечить высокую эффективность использования солнечной радиации и ее аккумулирования в водоносном грунте для круглогодичного энергоснабжения культивационных сооружений, увеличения вегетационного периода, снижения себестоимости продукции. Способ аккумулирования солнечной энергии, включающий преобразование солнечной радиации в тепло на принципе парникового эффекта, передачу посредством циркуляционного контура этого тепла в грунтовый аккумулятор в теплый период года и обратно в холодный период, дублирование на время резкого похолодания традиционным источником теплоснабжения, отличающийся тем, что аккумулирование солнечной энергии осуществляют в водоносном грунте, где грунтовые воды очень близки к поверхности земли, под огражденным шатром гелиотеплицы поверхностным слоем земли, для чего располагают уровень грунтовых вод ниже корнеобитаемого слоя грунта, выкачивают грунтовую воду из водоносного слоя грунта, нагревают ее в гелиотеплице за счет солнечной радиации, закачивают нагретую воду в водоносный слой грунта, а зону действия центральной выкачивающей скважины и периферийных и периферийных закачивающих скважин, над которой установлена геотеплица, формируют в виде перевернутого конуса с заданным радиусом основания, а вершина конуса совпадает с забоем скважины, при этом регулирование температуры воздуха в гелеотеплице и температуры корнеобитаемого слоя грунта осуществляют циркуляцией воды грунтового аккумулятора, теплопередачей через корнеобитаемый сой грунта аккумулированного тепла [1].

Недостатком предлагаемого способа аккумулирования солнечной энергии является то, что солнечный поток используется только для регулирования температуры воздуха в теплице и корнеобитаемого слоя.

Наиболее близким по технической сущности является бытовой солнечный водонагреватель, служащий для получения горячей воды для бытовых нужд с помощью солнечного излучения (прототип). Бытовой солнечный водонагреватель выполнен в виде трехгранной призмы, в объеме которого содержится бак-аккумулятор воды, а теплоприемной поверхностью (тепловой коллектор) выполнен в виде наклонной грани призмы. Кроме того, внутри бака-аккумулятора, параллельно теплоприемной поверхности установлена специальная разделительная панель, играющая роль дефлектора и выполненная из жесткого теплоизолированного материала (например, твердый пенопласт). Разделительная панель примыкает к боковым (треугольным) граням бака и имеет зазоры с другими поверхностями для обеспечения конвективных потоков. Изобретение должно обеспечить улучшение эксплутационных и потребительских свойств (компактность, простоту изготовления и эксплуатации, дешевизну), повышение эффективности использования светового излучения путем снижения тепловых потерь в облачную погоду и ночью [2].

Одним из вариантов является устройство для аккумулирования солнечной энергии, отличающееся тем, что патрубок для отвода горячей воды находится на уровне верхней кромки разделительной панели.

Недостатками прототипа являются:

- отсутствие эффективных теплообменных устройств, что приводит к довольно низкому к.п.д. использования светового потока;

- неудобство эксплуатации, заключающееся в том, что отсутствие незамерзающего теплоагента может приводить к нарушению работы устройства при низких температурах окружающего воздуха.

Задачей данного изобретения является разработка нового способа утилизации солнечного потока в тепловую энергию с использованием новой энергосберегающей технологии. Кроме того, повышение к.п.д. основного устройства технологической схемы преобразования солнечного потока в горячую воду.

Указанная техническая задача решается с помощью разработки новой технологической схемы использования солнечного потока в горячую воду. Эта технологическая схема включает следующие блоки: источник светового потока - I, теплообменник светового потока (ТСП) - II, управляющий элемент схемы (бойлер) - III, потребители теплой воды (душ, кондиционеры, обогрев в номерах гостиниц) - IV. (Фиг. 1). Световой поток (1) воздействует на ТСП. В ТСП в рабочем состоянии создается технический вакуум. Для его поддержания требуется достаточное изолирование ТСП. Поток водопроводной воды (2) подается в кожухотрубчатый теплообменник для охлаждения полученной в ТСП горячей воды. Из этого теплообменника поток горячей вода подается в гостиничный комплекс. Поток циркулирующей воды (тосол) (3) из бойлера подается в ТСП, в котором нагревается под действием солнечного потока. Из ТСП поток воды (4) (тосол) возвращается в кожухотрубный теплообменник.

Поток циркулирующей воды (тосола) подается в бойлер для нагревания водопроводной воды. Водопроводная вода из управляющего элемента схемы подается потребителям горячей воды (5). В управляющем элементе схемы (бойлере) температура воды доводится до 70°C. ТСП имеет следующие габаритные размеры: 2 м, 0,12 м. Внутри теплообменника установлены десять медных трубок, которые имеют диаметр 0,006 м. В этих трубках течет вода (тосол), которая нагревается световым потоком (6). Кроме того, в ТСП используются эллиптическая крышка из ПВХ (8) и теплообменный элемент (7). Коробка теплообменника светового потока должна изготавливаться из сплава алюминия (9) [3-5]. Предусмотрена работа ТСП как самотеком, так и с использованием нагнетательного насоса. В ТСП используются алюминиевые входные-выходные штуцеры (10-12) (Фиг. 2). Кроме того, в предлагаемом способе предусмотрено отдельное нагревание каждой трубки. Эта трубка окружена стеклянной трубкой (ПВХ), которая имеет эллиптическое сечение (13).

Теплообменный элемент ТСП (14) служит для интенсификации теплообменного процесса и имеет стальные ситчатые пластинки (4 шт.), что приводит к турбулизации потока воды и ликвидации застойных зон (Фиг. 3). Установка ситчатых пластинок в теплообменном элементе существенно изменяет гидродинамику в нем. Наиболее эффективно выравнивает профиль скорости первая ситчатая пластинка, тогда как ближе к выходу одной секции теплообменного элемента вновь начинает формироваться неравномерный профиль скорости.

Таким образом, предложенный метод моделирования теплообмена теплообменного элемента с ситчатыми пластинками позволяет достаточно строго рассчитывать гидродинамику в нем и на ее основе прогнозировать протекание теплообмена [6].

В технологической схеме используется кожухотрубчатый теплообменник (управляющий элемент), который в настоящее время является самым распространенным аппаратом в химической (нефтехимической) промышленности (Фиг. 4). Теплопередающая поверхность аппарата может составлять от нескольких сотен квадратных сантиметров до нескольких тысяч квадратных метров. Для улучшения работы этого теплообменника предусматривается использование вальцованных внутренних трубок. Это приводить к турбулизации потоков воды, что приводит к снижению габаритов теплообменника. В результате теплообмена, обеспечивающего температуру воды во внутренних трубках - 70°C, жидкость в межтрубном пространстве может закипать и приводить к сбою работы теплообменника. Для исключения этого предусмотрена специальная запорная арматура (гидросифон, входные и выходные запорные клапаны и термопары).

Расчет экономического эффекта технологической схемы получения тепловой энергии представлен в таблице 1.

Резюмируя вышеизложенное, можно заключить:

1) на предлагаемой установке преобразования солнечного потока в тепловую энергию можно провести опытно-промышленные эксперименты в течение летнего периода;

2) для отработки конструкции трубчатого теплообменника требуются лабораторные эксперименты;

3) для исследования запорной и другой арматуры теплообменника необходима предварительная проектная проработка. Кроме того, такая же проработка требуется для контрольно-измерительной аппаратуры.

Источники информации

1. Патент N RU 2275560, М. кл2 F24J 2/34, 2006.

2. Патент N RU 2350853, М. кл2 F24J 2/34, 2008.

3. Федоров А.Я., Мелентьева Т.А., Мелентьева М.А. Теплопередача в солнечных батареях. // Демидовские чтения - Тула. 2012. С. 257-259.

4. Федоров А.Я., Мелентьева Т.А., Мелентьева М.А. Математическое моделирование процессов в солнечных батареях. // Международный журнал экспериментального образования. М., изд-во РАЕ. С. 138-140.

5. Бакластов A.M., Горбенко В.А., Удыма П.Г. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. / М., изд-во Энергоиздат. 1981. С. 24.

6. Федоров А.Я. Математическое моделирование химических реакторов с быстрыми жидкофазными реакциями. Автореферат на соискание ученой степени доктора технических наук // Тула, изд-во ТулГУ. 1995. С. 26.

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, отличающаяся тем, что 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 тосол подается в кожухотрубчатый теплообменник, снабженный запорной арматурой и имеющий вальцованные трубки для турбулизации.



 

Похожие патенты:

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

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 направлено на использование солнечной энергии. Концентратор солнечной энергии, который содержит первый компонент с круглым поперечным сечением, имеющий первый конец, второй конец, полость и продольную ось, в котором выполнена полость, и который имеет продольную ось.

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть использовано в гелиосистемах отопления и горячего водоснабжения, использующих плоские солнечные коллекторы. Изобретение относится к конструкции абсорбера солнечного коллектора.

Изобретение относится к гелиотехнике. Многофункциональный солнечный коллектор-аккумулятор содержит корпус из теплоизолирующего материала, торцевое прозрачное ограждение, трубки теплоносителя, обложенные герметичными пакетами из эластичной прозрачной пленки, заполненными объемным абсорбером из теплоаккумулирующего материала, обладающего фазовым переходом плавления и оптическими свойствами серого тела, с обеих сторон пакетов закреплены фиксирующие решетки, прижатые двумя съемными пластинами прозрачного ограждения, прикрытыми откидными защитными крышками с внутренней зеркальной поверхностью, которые при помощи съемных петель установлены на П-образных профилях прямоугольной рамы, снабженной защелками и элементами крепления зеркальных концентраторов, образованных из открытых защитных крышек, которые в открытом положении коллектора установлены на петлях под углом 45-50 градусов относительно плоскости симметрии коллектора, которая ориентирована параллельно плоскости эклиптики, при этом теплоаккумулирующий материал с фазовым переходом плавления состоит из стеарина с добавлением черного жирорастворимого красителя типа гудрона или свечного F черный Black С.

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.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным тепловым коллекторам, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений. В солнечном тепловом коллекторе может нагреваться как жидкий теплоноситель, подаваемый потребителю, так и воздух, направляемый в отапливаемые помещения.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано, в частности, в устройствах, преобразующих электромагнитное излучения солнца в тепловую энергию для нагрева теплоносителя.

Изобретение относится к энергетике, в частности к использованию энергии солнечного излучения в системах теплоснабжения таких объектов, как индивидуальное жилье, мелкие сельскохозяйственные производства, промыслы, отдаленные оздоровительные учреждения или объекты экологического назначения и туризма.

Автоматизированный солнечный коллектор эконом-класса (АСКЭК) относится к возобновляемым источникам энергии. Коллектор предназначен для поглощения солнечной радиации и преобразования ее в тепловую и электрическую энергию в целях обеспечения горячего водоснабжения независимо от традиционных источников энергии жилых и нежилых помещений различного назначения.

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для подогрева газообразной среды (воздуха) и жидкого теплоносителя (воды) за счет солнечной энергии с целью экономии природного топлива и улучшения экологии окружающей среды.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к устройствам преобразования энергии светового излучения в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд с помощью солнечного излучения.

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.

Наверх